一种基于集成的不均衡数据流分类算法

目前数据流分类算法大多是基于类分布这一理想状态,然而在真实数据流环境中数据分布往往是不均衡的,并且数据流中往往伴随着概念漂移。针对数据流中的不均衡问题和概念漂移问题,提出了一种新的基于集成学习的不均衡数据流分类算法。首先为了解决数据流的不均衡问题,在训练模型前加入混合采样方法平衡数据集,然后采用基分类器加权和淘汰策略处理概念漂移问题,从而提高分类器的分类性能。最后与经典数据流分类算法在人工数据集和真实数据集上进行对比实验,实验结果表明,本文提出的算法在含有概念漂移和不均衡的数据流环境中,其整体分类性能优于其他算法的。     

概念漂移数据流半监督分类综述

在开放环境下,数据流具有数据高速生成、数据量无限和概念漂移等特性.在数据流分类任务中,利用人工标注产生大量训练数据的方式昂贵且不切实际.包含少量有标记样本和大量无标记样本且还带概念漂移的数据流给机器学习带来了极大挑战.然而,现有研究主要关注有监督的数据流分类,针对带概念漂移的数据流的半监督分类的研究尚未引起足够的重视....     

概念漂移数据流集成分类算法综述

针对概念漂移数据流集成分类算法的基本概念、相关工作、适用范围及优缺点等方面进行具体阐述,重点分析突变型、渐变型、重复型和增量型集成分类算法,以及集成分类中的Bagging、Boosting、基分类器组合学习策略与在线学习、基于块的集成、增量学习关键技术,指出现阶段概念漂移数据流集成分类算法所需解决的主要问题,并对集成基分类器的动态更新与加权组合、多类型概念漂移的快速检测等研究方向进行分析和展望。     

一种基于混合模型的数据流概念漂移检测算法

由于在信用卡欺诈分析等领域的广泛应用,学者们开始关注概念漂移数据流分类问题.现有算法通常假设数据一旦分类后类标已知,利用所有待分类实例的真实类别来检测数据流是否发生概念漂移以及调整分类模型.然而,由于标记实例需要耗费大量的时间和精力,该解决方案在实际应用中无法实现.据此,提出一种基于KNNModel和增量贝叶斯的概念漂移检测算法KnnM-IB.新算法在具有KNNModel算法分类被模型簇覆盖的实例分类精度高、速度快优点的同时,利用增量贝叶斯算法对难处理样本进行分类,从而保证了分类效果.算法同时利用可变滑动窗口大小的变化以及主动学习标记的少量样本进行概念漂移检测.当数据流稳定时,半监督学习被用于扩大标记实例的数量以对模型进行更新,因而更符合实际应用的要求.实验结果表明,该方法能够在对数据流进行有效分类的同时检测数据流概念漂移及相应地更新模型.     

基于贝叶斯混合集成的概念漂移数据流分类

为有效解决概念漂移数据流分类问题,提出一种基于混合集成学习的概念漂移数据流分类方法。考虑数据分布特性与概念漂移速率这两个因素,将概念漂移的成因考虑到模型的构建中。采用混合集成学习框架,根据贝叶斯分类错误率来检测概念漂移,通过动态调整滑动窗口,实现不同类型概念漂移的自动识别。实验结果表明,对于不同类型概念漂移数据流的识别问题,该算法在抗噪和漂移检测方面均表现出良好的性能。     

复杂数据流在线集成分类算法综述

复杂数据流中所存在的概念漂移及不平衡问题降低了分类器的性能。传统的批量学习算法需要考虑内存以及运行时间等因素,在快速到达的海量数据流中性能并不突出,并且其中还包含着大量的漂移及类失衡现象,利用在线集成算法处理复杂数据流问题已经成为数据挖掘领域重要的研究课题。从集成策略的角度对bagging、boosting、stacking集成方法的在线版本进行了介绍与总结,并对比了不同模型之间的性能。首次对复杂数据流的在线集成分类算法进行了详细的总结与分析,从主动检测和被动自适应两个方面对概念漂移数据流检测与分类算法进行了介绍,从数据预处理和代价敏感两个方面介绍不平衡数据流,并分析了代表性算法的时空效率,之后对使用相同数据集的算法性能进行了对比。最后,针对复杂数据流在线集成分类研究领域的挑战提出了下一步研究方向。     

低代价的数据流分类算法

现有数据流分类算法大多使用有监督学习,而标记高速数据流上的样本需要很大的代价,因此缺乏实用性.针对以上问题,提出了一种低代价的数据流分类算法2SDC.新算法利用少量已标记类别的样本和大量未标记样本来训练和更新分类模型,并且动态监测数据流上可能发生的概念漂移.真实数据流上的实验表明,2SDC算法不仅具有和当前有监督学习分类算法相当的分类精度,并且能够自适应数据流上的概念漂移.     

面向不平衡数据流的自适应加权在线超限学习机算法

一般的在线学习算法对不平衡数据流的分类识别会遇到较大困难,特别是当数据流发生概念漂移时,对其进行分类会变得更困难.文中提出面向不平衡数据流的自适应加权在线超限学习机算法,自动调整实时到达的训练样本的惩罚参数,达到在线学习不平衡数据流的目的.文中算法可以适用于不同偏斜程度的静态数据流的在线学习和发生概念漂移时数据流的在线学习.理论分析和在多个真实数据流上的实验表明文中算法的正确性和有效性.     

概念漂移复杂数据流分类方法综述

传统分类器难以应对含概念漂移的复杂类型数据流分类这一难题,且得到的分类效果往往不尽如人意。针对不同类型数据流中处理概念漂移的方法,从不平衡、概念演化、多标签和含噪声4个方面对概念漂移复杂数据流分类方法进行了综述。首先,对基于块的和基于在线的学习方式对不平衡概念漂移数据流、基于聚类和基于模型的学习方式对概念演化概念漂移数据流、基于问题转换和基于算法适应的学习方式对多标签概念漂移数据流和含噪声概念漂移数据流这四个方面的分类方法进行了分析介绍;然后,对所提到概念漂移复杂数据流分类方法的实验结果及性能指标进行了详细的对比和分析;最后,给出了现有方法的不足和下一步研究方向。     

面向概念漂移数据流的自适应分类算法

数据流分类是数据挖掘中最重要的任务之一,而数据流的概念漂移特性给分类算法带来了巨大的挑战.基于极限学习机算法进行优化是解决数据流分类问题的一个热门方向,但目前大多数算法都采用提前指定模型参数的方式进行学习,这种做法使得分类模型只能在特定的数据集上才能发挥较好的性能.针对这一问题,提出了一种简单有效的处理概念漂移的算法—...     

基于实例迁移的数据流分类挖掘方法

为解决数据流分类过程中样本标注和概念漂移问题，提出了一种基于实例迁移的数据流分类挖掘模型.首先，该模型用支持向量机作学习器，用所得分类模型中的支持向量构建源领域，待分类的当前数据块为目标域.然后，借助互近邻思想在源域中挑选目标域中样本的真邻居进行实例迁移，避免发生负迁移.最后，通过合并目标域和迁移样本形成训练集，提高标注样本数量，增强模型的泛化能力.理论分析和实验结果表明，所提方法具有可行性，相比其它学习方法在分类准确性方面更具优势.     

概念漂移数据流分类中的多源在线迁移学习算法

现有概念漂移处理算法在检测到概念漂移发生后,通常需要在新到概念上重新训练分类器,同时“遗忘”以往训练的分类器。在概念漂移发生初期,由于能够获取到的属于新到概念的样本较少,导致新建的分类器在短时间内无法得到充分训练,分类性能通常较差。进一步,现有的基于在线迁移学习的数据流分类算法仅能使用单个分类器的知识辅助新到概念进行学习,在历史概念与新到概念相似性较差时,分类模型的分类准确率不理想。针对以上问题,文中提出一种能够利用多个历史分类器知识的数据流分类算法——CMOL。CMOL算法采取分类器权重动态调节机制,根据分类器的权重对分类器池进行更新,使得分类器池能够尽可能地包含更多的概念。实验表明,相较于其他相关算法,CMOL算法能够在概念漂移发生时更快地适应新到概念,显示出更高的分类准确率。     

面向动态数据块的非平衡数据流分类算法

动态非平衡数据分类是在线学习和类不平衡学习领域重要的研究问题,用于处理类分布非常倾斜的数据流。这类问题在实际场景中普遍存在,如实时控制监控系统的故障诊断和计算机网络中的入侵检测等。由于动态数据流中存在概念漂移现象和不平衡问题,因此数据流分类算法既要处理概念漂移,又要解决类不平衡问题。针对以上问题,提出了在检测概念漂移的同时对非平衡数据进行处理的一种方法。该方法采用Kappa系数检测概念漂移,进而检测平衡率,利用非平衡数据分类方法更新分类器。实验结果表明,在不同的评价指标上,该算法对非平衡数据流具有较好的分类性能。     

Info-fuzzy algorithms for mining dynamic data streams

Most data-mining algorithms assume static behavior of the incoming data. In the real world, the situation is different and most continuously collected data streams are generated by dynamic processes, which may change over time, in some cases even drastically. The change in the underlying concept, also known as concept drift, causes the data-mining model generated from past examples to become less accurate and relevant for classifying the current data. Most online learning algorithms deal with concept drift by generating a new model every time a concept drift is detected. On one hand, this solution ensures accurate and relevant models at all times, thus implying an increase in the classification accuracy. On the other hand, this approach suffers from a major drawback, which is the high computational cost of generating new models. The problem is getting worse when a concept drift is detected more frequently and, hence, a compromise in terms of computational effort and accuracy is needed. This work describes a series of incremental algorithms that are shown empirically to produce more accurate classification models than the batch algorithms in the presence of a concept drift while being computationally cheaper than existing incremental methods. The proposed incremental algorithms are based on an advanced decision-tree learning methodology called “Info-Fuzzy Network” (IFN), which is capable to induce compact and accurate classification models. The algorithms are evaluated on real-world streams of traffic and intrusion-detection data.     

基于概念漂移检测的网络数据流分类

互联网环境日新月异,使得网络数据流中存在概念漂移,对数据流的分类也由传统的静态分类变为动态分类,而如何对概念漂移进行检测是动态分类的关键。本文提出一种基于概念漂移检测的网络数据流自适应分类算法,通过比较滑动窗口中数据与历史数据的分布差异来检测概念漂移,然后将窗口中数据过采样来减少样本间的不均衡性,最后将处理后的数据集输入到OS-ELM分类器中进行在线学习,从而更新分类器使其应对数据流中的概念漂移。本文在MOA实验平台中使用合成数据集和真实数据集对提出的算法进行验证,结果表明,该算法较集成学习算法在分类准确率和稳定性上有一定的提升,并且随着数据流量的增加,时间性能上的优势开始体现,适合复杂多变的网络环境。     

基于动态策略的多源迁移学习数据流分类研究

为解决数据流分类中的概念漂移和噪声问题,提出一种基于样本确定性的多源迁移学习方法。该方法存储多源领域上由训练得到的分类器,求出各源领域分类器对目标领域数据块中每个样本的类别后验概率和样本确定性值。在此基础上,将样本确定性值满足当前阈值限制的源领域分类器与目标领域分类器进行在线集成,从而将多个源领域的知识迁移到目标领域。实验结果表明,该方法能够有效消除噪声数据流给不确定分类器带来的不利影响,与基于准确率选择集成的多源迁移学习方法相比,具有更高的分类准确率和抗噪稳定性。     

基于增量加权的不平衡漂移数据流分类算法

概念漂移是数据流学习领域中的一个难点问题,同时数据流中存在的类不平衡问题也会严重影响算法的分类性能。针对概念漂移和类不平衡的联合问题,在基于数据块集成的方法上引入在线更新机制,结合重采样和遗忘机制提出了一种增量加权集成的不平衡数据流分类方法(incremental weighted ensemble for imbalance learning, IWEIL)。该方法以集成框架为基础,利用基于可变大小窗口的遗忘机制确定基分类器对窗口内最近若干实例的分类性能,并计算基分类器的权重,随着新实例的逐个到达,在线更新IWEIL中每个基分器及其权重。同时,使用改进的自适应最近邻SMOTE方法生成符合新概念的新少数类实例以解决数据流中类不平衡问题。在人工数据集和真实数据集上进行实验,结果表明,相比于DWMIL算法,IWEIL在HyperPlane数据集上的G-mean和recall指标分别提升了5.77%和6.28%,在Electricity数据集上两个指标分别提升了3.25%和6.47%。最后,IWEIL在安卓应用检测问题上表现良好。     

A fast incremental extreme learning machine algorithm for data streams classification

Data streams classification is an important approach to get useful knowledge from massive and dynamic data. Because of concept drift, traditional data mining techniques cannot be directly applied in data streams environment. Extreme learning machine (ELM) is a single hidden layer feedforward neural network (SLFN), comparing with the traditional neural network (e.g. BP network), ELM has a faster speed, so it is very suitable for real-time data processing. In order to deal with the challenge in data streams classification, a new approach based on extreme learning machine is proposed in this paper. The approach utilizes ELMs as base classifiers and adaptively decides the number of the neurons in hidden layer, in addition, activation functions are also randomly selected from a series of functions to improve the performance of the approach. Finally, the algorithm trains a series of classifiers and the decision results for unlabeled data are made by weighted voting strategy. When the concept in data streams keeps stable, every classifier is incrementally updated by using new data; if concept drift is detected, the classifiers with weak performance will be cleared away. In the experiment, we used 7 artificial data sets and 9 real data sets from UCI repository to evaluate the performance of the proposed approach. The testing results showed, comparing with the conventional classification methods for data streams such as ELM, BP, AUE2 and Learn++.MF, on most data sets, the new approach could not only be simplest in the structure, but also get a higher and more stable accuracy with lower time consuming.