吴恩达“机器学习”——学习笔记四

生成学习算法

判别算法:进行P(y|x)的计算或者是进行h(x)(其中h只会是0与1)的计算。

生成学习算法:进行P(x|y)的建模,即给定类的条件下,某种特征显示的结果。同时也会对P(y)进行建模。

根据贝叶斯公式,我们可以得到,其中p(x) = p(x|y = 1)p(y = 1) + p(x|y = 0)p(y = 0)。实际上,如果我们计算P(y|x)进行预测,我们不必计算分母的值,因为x是独立于y的,所以argmax是当式子取到最大值时,对应参数的取值。

高斯判别分析

多元高斯分布

如果x服从多元高斯分布,那么参数为u(均值),sigma(协方差)

u的定义为,sigma的定义为Cov(Z) = E[(Z − E[Z])(Z − E[Z])T ]。

假设x是n维向量,并且是连续值。y取0或者1,同时p(x|y)是高斯分布。  那么

对其进行最大似然估计

,则参数的估计值为

高斯判别分析与logistics回归对比

两者建模的对象不同,但是都属于分类算法,logistics回归计算的是先验概率,高斯判别分析计算的是后验概率。

 如果y取任何值的概率是相等的,即p(y)不变,那么,argmaxp(y|x)=argmaxp(x|y)。

如果先对不同类别进行建模,即y取不同值得时候,进行高斯判别分析。那么就会得到两个高斯函数曲线,此处y取0,1。在高斯函数曲线基础上进行现眼概率分析,那么回得到一条类似logistics回归曲线。

同时,如果一个模型的后验概率属于高斯判别分析,那么前验概率就属于logistics回归。但是反过来不成立,也就是说,高斯判别分析比logistics回归有更强的假设。那么就意味着如果模型的假设是正确的,高斯判别分析将更好的拟合数据,它就是一个更好的模型。对于一些小样本来说,高斯判别分析也更加适合。

然而,如果不确定x|y的分布情况,也就是高斯判别分析的假设不一定成立,那么使用logistics回归更有效,因为x|y服从泊松分布等其他分布的时候,也可以推出先验概率是logistics回归曲线。事实上,只要x|y服从指数分布族,那么p(y=1|x)都可以看成logistics。

所以这是判别算法和第一个生成学习算法的比较。

朴素贝叶斯算法(Naive Bayes)

朴素贝叶斯算法是第二个生成学习算法。典型特例是垃圾邮件识别。高斯判别分析中,x向量是一个连续值。在朴素贝叶斯中,x向量是不连续的。

通过训练样本来对垃圾邮件进行标识,即

如果该词出现,则标记为1,否则为0。此时要对p(x|y)和p(y)进行建模,假设字典中有5000个字,那么x就有2^5000中可能取值,对其建模的一种方式为多项式分布法(multinomial distribution),但是此时会有2^5000-1个参数。需要用到朴素贝叶斯算法。

假设对于给定的y,xi是条件独立的(conditionally independent),也就是说,如果一封邮件被标记为垃圾邮件,那么该邮件里面出现的单词是独立的(并不是说,两个单词是相互独立的,而是,在给定y的条件下,两者是独立的。其实事实上,垃圾邮件里面的单词并不独立,这里只是一种假设)那么根据概率的链式法则,我们可以得到,

那么对应的参数为

φi|y=1 = p(xi = 1|y = 1), φi|y=0 = p(xi = 1|y = 0),  φy = p(y = 1)。为了得到参数,进行最大似然估计

得到参数的估计值

于是对于给定的样本特征x,可以做出以下预测

如果在你的训练样本集中从未出现过一个词,比如说nips,并且这个词是x向量中的第3500个词。由于这个词在你的训练样本中从未出现。那么垃圾邮件分类器就会进行如下估计(在正常邮件中出现的概率和垃圾邮件中出现的概率都是0)

 此处要使用Laplace smoothing进行修正,即

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