基于BSMOTE和逆转欠抽样的不均衡数据分类算法

针对传统分类器在数据不均衡的情况下分类效果不理想的缺陷,为提高分类器在不均衡数据集下的分类性能,特别是少数类样本的分类能力,提出了一种基于BSMOTE 和逆转欠抽样的不均衡数据分类算法。该算法使用BSMOTE进行过抽样,人工增加少数类样本的数量,然后通过优先去除样本中的冗余和噪声样本,使用逆转欠抽样方法逆转少数类样本和多数类样本的比例。通过多次进行上述抽样形成多个训练集合,使用Bagging方法集成在多个训练集合上获得的分类器来提高有效信息的利用率。实验表明,该算法较几种现有算法不仅能够提高少数类样本的分类性能,而且能够有效提高整体分类准确度。     

不平衡数据集中的组合分类算法

为提高少数类的分类性能,对基于数据预处理的组合分类器算法进行了研究.利用Tomek links对数据集进行预处理;把新数据集里的多数类样本按照不平衡比拆分为多个子集,每个子集和少数类样本合并成新子集;用最小二乘支持向量机对每个新子集进行训练,把训练后的各个子分类器组合为一个分类系统,新的测试样本的类别将由这个分类系统投票表决.数据试验结果表明,该算法在多数类和少数类的分类性能方面,都优于最小二乘支持向量机过抽样方法和欠抽样方法.     

基于异构距离的集成分类算法研究

针对异构数据集下的不均衡分类问题，从数据集重采样、集成学习算法和构建弱分类器3个角度出发，提出一种针对异构不均衡数据集的分类方法——HVDM-Adaboost-KNN算法（heterogeneous value difference metric-Adaboost-KNN），该算法首先通过聚类算法对数据集进行均衡处理，获得多个均衡的数据子集，并构建多个子分类器，采用异构距离计算异构数据集中2个样本之间的距离，提高KNN算法的分类准性能，然后用Adaboost算法进行迭代获得最终分类器。用8组UCI数据集来评估算法在不均衡数据集下的分类性能，Adaboost实验结果表明，相比Adaboost等算法，F₁值、AUC、G-mean等指标在异构不均衡数据集上的分类性能都有相应的提高。     

一种面向不平衡数据的结构化SVM集成分类器

为改进面向不平衡数据的SVM分类器性能,以结构化SVM为基础,提出一种基于代价敏感的结构化支持向量机集成分类器模型.该模型首先通过训练样本的聚类,得到隐含在数据中的结构信息,并对样本进行初始加权.运用AdaBoost策略对各样本的权重进行动态调整,适当增大少数类样本的权重,使小类中误分的样本代价增大,以此来改进不平衡数据的分类性能.实验结果表明,该算法可有效提高不平衡数据的分类性能.     

一种用于非平衡数据分类的集成学习模型

针对非平衡数据分类问题,提出了一种改进的SVM-KNN分类算法,在此基础上设计了一种集成学习模型.该模型采用限数采样方法对多数类样本进行分割,将分割后的多数类子簇与少数类样本重新组合,利用改进的SVM-KNN分别训练,得到多个基本分类器,对各个基本分类器进行组合.采用该模型对UCI数据集进行实验,结果显示该模型对于非平衡数据分类有较好的效果.     

基于EasyEnsemble的化工过程故障诊断性能改进

化工过程故障诊断中样本数据分布不均衡现象普遍存在.在使用不均衡样本作为训练集建立各类故障诊断分类器时,易出现分类器的识别率偏置于多数类样本的结果,由此产生虽正常状态易识别,但更受关注的故障状态却难以被诊断的现象.针对该问题,本文提出一种基于Easy Ensemble思想的主元分析–支持向量机(Easy Ensemble based principle component analysis–support vector machine,EEPS)故障诊断算法,通过欠采样方法抽取多数类样本子集组建多个新的均衡数据样本集,使用主元分析(principle component analysis,PCA)进行特征提取并使用支持向量机(support vector machine,SVM)算法进行训练,得到多个基于SVM的故障诊断分类器,然后使用Adaboost算法集成最终的分类,从而提高故障诊断准确性.所提方法被用于TE(Tenessee Eastman)化工过程,实验结果表明,EEPS算法能够有效提高分类器在不均衡数据集上的诊断性能和预报能力.     

面向不均衡数据的融合谱聚类的自适应过采样法

分类是模式识别领域中的研究热点,大多数经典的分类器往往默认数据集是分布均衡的,而现实中的数据集往往存在类别不均衡问题,即属于正常/多数类别的数据的数量与属于异常/少数类数据的数量之间的差异很大。若不对数据进行处理往往会导致分类器忽略少数类、偏向多数类,使得分类结果恶化。针对数据的不均衡分布问题,本文提出一种融合谱聚类的综合采样算法。首先采用谱聚类方法对不均衡数据集的少数类样本的分布信息进行分析,再基于分布信息对少数类样本进行过采样,获得相对均衡的样本,用于分类模型训练。在多个不均衡数据集上进行了大量实验,结果表明,所提方法能有效解决数据的不均衡问题,使得分类器对于少数类样本的分类精度得到提升。     

基于聚类欠采样的集成分类算法

不平衡数据常出现在各应用领域中,传统分类器往往关注于多数类样本而导致样本分类效果不理想。针对此问题,提出一种基于聚类欠采样的集成分类算法(ClusterUndersampling-AdaCost, CU-AdaCost)。该算法通过计算样本间维度加权后的欧氏距离得出各簇的样本中心位置,根据簇心邻域范围选择出信息特征较强的多数类样本,形成新的训练集;并将训练集放在引入代价敏感调整函数的集成算法中,使得模型更加关注于少数类别。通过对6组UCI数据集进行对比实验,结果表明,该算法在欠采样过程中抽取的样本具有较强的代表性,能够有效提高模型对少数类别的分类性能。     

蓄意攻击样本有限不均衡下运输系统关键危险源识别

针对蓄意攻击样本有限不均衡而引起无法有效识别关键危险源少数类样本的问题,提出多分类器集成加权均衡分布适配的关键危险源识别方法.首先,在保证少数类样本被充分选择的前提下随机抽取多数类样本,构成源域多样本训练集合,在目标域上直接预测伪标签并给样本赋予不同的权重,让少数类样本可以得到充分的训练;然后,训练源域样本集的分类器,经过多次迭代优化目标域伪标签并更新权重矩阵;最后,通过多分类器集成的策略将筛选出的基分类器集成为强分类器,采用宏平均和微平均两个评价指标来评价分类器的识别性能.利用全球恐怖主义数据库(GTD)中的数据进行实验验证,实验结果表明所提出方法在保证了整体精度的同时能有效识别少数类样本.     

一种改进的ELM-SAMME算法及应用研究

针对SAMME算法对于不平衡数据集的分类效果不理想,对不同数据集的适应能力弱的缺陷,将其和极限学习机(ELM)结合并进行有针对性的改进,根据样本分布对训练样本的初始化权值进行重新分配,对训练过程中样本的权值和弱分类器的权值更新策略进行改进,给予弱分类器一个与其对少数类样本识别能力成正比的奖励项,增强了所得分类器对难分类样本的敏感性,使最终集成分类器性能有了显著提升.经过该集成算法与组成该算法的子算法的对比实验,论文方法取得了更优的G-mean以及F1值,验证了论文算法的有效性.其次,论文算法和其他分类算法的对比实验结果表明论文算法在大多数数据集上同样可以取得更高的G-mean以及F1值,实现更优的分类效果.     

基于GAN-AdaBoost-DT不平衡分类算法的信用卡欺诈分类

针对传统单个分类器在不平衡数据上分类效果有限的问题，基于对抗生成网络（GAN）和集成学习方法，提出一种新的针对二类不平衡数据集的分类方法——对抗生成网络-自适应增强-决策树（GAN-AdaBoost-DT）算法。首先，利用GAN训练得到生成模型，生成模型生成少数类样本，降低数据的不平衡性；其次，将生成的少数类样本代入自适应增强（AdaBoost）模型框架，更改权重，改进AdaBoost模型，提升以决策树（DT）为基分类器的AdaBoost模型的分类性能。使用受测者工作特征曲线下面积（AUC）作为分类评价指标，在信用卡诈骗数据集上的实验分析表明，该算法与合成少数类样本集成学习相比，准确率提高了4.5%，受测者工作特征曲线下面积提高了6.5%；对比改进的合成少数类样本集成学习，准确率提高了4.9%，AUC值提高了5.9%；对比随机欠采样集成学习，准确率提高了4.5%，受测者工作特征曲线下面积提高了5.4%。在UCI和KEEL的其他数据集上的实验结果表明，该算法在不平衡二分类问题上能提高总体的准确率，优化分类器性能。     

基于异构分类器集成的增量学习算法

将集成学习的思想引入到增量学习之中可以显著提升学习效果,近年关于集成式增量学习的研究大多采用加权投票的方式将多个同质分类器进行结合,并没有很好地解决增量学习中的稳定-可塑性难题。针对此提出了一种异构分类器集成增量学习算法。该算法在训练过程中,为使模型更具稳定性,用新数据训练多个基分类器加入到异构的集成模型之中,同时采用局部敏感哈希表保存数据梗概以备待测样本近邻的查找;为了适应不断变化的数据,还会用新获得的数据更新集成模型中基分类器的投票权重;对待测样本进行类别预测时,以局部敏感哈希表中与待测样本相似的数据作为桥梁,计算基分类器针对该待测样本的动态权重,结合多个基分类器的投票权重和动态权重判定待测样本所属类别。通过对比实验,证明了该增量算法有比较高的稳定性和泛化能力。     

Cost-sensitive decision tree ensembles for effective imbalanced classification

Real-life datasets are often imbalanced, that is, there are significantly more training samples available for some classes than for others, and consequently the conventional aim of reducing overall classification accuracy is not appropriate when dealing with such problems. Various approaches have been introduced in the literature to deal with imbalanced datasets, and are typically based on oversampling, undersampling or cost-sensitive classification. In this paper, we introduce an effective ensemble of cost-sensitive decision trees for imbalanced classification. Base classifiers are constructed according to a given cost matrix, but are trained on random feature subspaces to ensure sufficient diversity of the ensemble members. We employ an evolutionary algorithm for simultaneous classifier selection and assignment of committee member weights for the fusion process. Our proposed algorithm is evaluated on a variety of benchmark datasets, and is confirmed to lead to improved recognition of the minority class, to be capable of outperforming other state-of-the-art algorithms, and hence to represent a useful and effective approach for dealing with imbalanced datasets.     

基于邻域混合抽样和动态集成的不平衡数据分类方法

不平衡数据严重影响了传统分类算法的性能,导致少数类的识别率降低。提出一种基于邻域特征的混合抽样技术,该技术根据样本邻域中的类别分布特征来确定采样权重,进而采用混合抽样的方法来获得平衡的数据集;然后采用一种基于局部置信度的动态集成方法,通过分类学习生成基分类器,对于每个检验的样本,根据局部分类精度动态地选择最优的基分类器进行组合。通过UCI标准数据集上的实验表明,该方法能够同时提高不平衡数据中少数类和多数类的分类精度。     

新的基于代价敏感集成学习的非平衡数据集分类方法NIBoost

现实生活中存在大量的非平衡数据,大多数传统的分类算法假定类分布平衡或者样本的错分代价相同,因此在对这些非平衡数据进行分类时会出现少数类样本错分的问题。针对上述问题,在代价敏感的理论基础上,提出了一种新的基于代价敏感集成学习的非平衡数据分类算法--NIBoost（New Imbalanced Boost）。首先,在每次迭代过程中利用过采样算法新增一定数目的少数类样本来对数据集进行平衡,在该新数据集上训练分类器;其次,使用该分类器对数据集进行分类,并得到各样本的预测类标及该分类器的分类错误率;最后,根据分类错误率和预测的类标计算该分类器的权重系数及各样本新的权重。实验采用决策树、朴素贝叶斯作为弱分类器算法,在UCI数据集上的实验结果表明,当以决策树作为基分类器时,与RareBoost算法相比,F-value最高提高了5.91个百分点、G-mean最高提高了7.44个百分点、AUC最高提高了4.38个百分点;故该新算法在处理非平衡数据分类问题上具有一定的优势。     

结合样本局部密度的非平衡数据集成分类算法

传统的过采样方法是解决非平衡数据分类问题的有效方法之一。基于SMOTE的过采样方法在数据集出现类别重叠(class-overlapping)和小析取项(small-disjuncts)问题时将降低采样的效果,针对该问题提出了一种基于样本局部密度的过采样算法MOLAD。在此基础上,为了解决非平衡数据的分类问题,提出了一种在采样阶段将MOLAD算法和基于Bagging的集成学习结合的算法LADBMOTE。LADBMOTE首先根据MOLAD计算每个少数类样本的K近邻,然后选择所有的K近邻进行采样,生成K个平衡数据集,最后利用基于Bagging的集成学习方法将K个平衡数据集训练得到的分类器集成。在KEEL公开的20个非平衡数据集上,将提出的LADBMOTE算法与当前流行的7个处理非平衡数据的算法对比,实验结果表明LADBMOTE在不同的分类器上的分类性能更好,鲁棒性更强。     

针对非平衡警情数据改进的K-Means-Boosting-BP模型

目的 掌握警情的时空分布规律,通过机器学习算法建立警情时空预测模型,制定科学的警务防控方案,有效抑制犯罪的发生,是犯罪地理研究的重点。已有研究表明,警情时空分布多集中在中心城区或居民密集区,在时空上属于非平衡数据,这种数据的非平衡性通常导致在该数据上训练的模型成为弱学习器,预测精度较低。为解决这种非平衡数据的回归问题,提出一种基于KMeans均值聚类的Boosting算法。方法 该算法以Boosting集成学习算法为基础,应用GA-BP神经网络生成基分类器,借助KMeans均值聚类算法进行基分类器的集成,从而实现将弱学习器提升为强学习器的目标。结果 与常用的解决非平衡数据回归问题的Synthetic Minority Oversampling Technique Boosting算法,简称SMOTEBoosting算法相比,该算法具有两方面的优势：1）在降低非平衡数据中少数类均方误差的同时也降低了数据的整体均方误差,SMOTEBoosting算法的整体均方误差为2.14E-04,KMeans-Boosting算法的整体均方误差达到9.85E-05;2）更好地平衡了少数类样本识别的准确率和召回率,KMeans-Boosting算法的召回率约等于52%,SMOTEBoosting算法的召回率约等于91%;但KMeans-Boosting算法的准确率等于85%,远高于SMOTEBoosting算法的19%。结论 KMeans-Boosting算法能够显著的降低非平衡数据的整体均方误差,提高少数类样本识别的准确率和召回率,是一种有效地解决非平衡数据回归问题和分类问题的算法,可以推广至其他需要处理非平衡数据的领域中。