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  • 5、特征选择

    当数据预处理完成后,我们需要选择有意义的特征输入机器学习的算法和模型进行训练。通常来说,从两个方面考虑来选择特征:

    • 特征是否发散:如果一个特征不发散,例如方差接近于0,也就是说样本在这个特征上基本上没有差异,这个特征对于样本的区分并没有什么用。
    • 特征与目标的相关性:这点比较显见,与目标相关性高的特征,应当优选选择。除方差法外,本文介绍的其他方法均从相关性考虑。

    根据特征选择的形式又可以将特征选择方法分为3种:

    • Filter:过滤法,按照发散性或者相关性对各个特征进行评分,设定阈值或者待选择阈值的个数,选择特征。
    • Wrapper:包装法,根据目标函数(通常是预测效果评分),每次选择若干特征,或者排除若干特征。
    • Embedded:嵌入法,先使用某些机器学习的算法和模型进行训练,得到各个特征的权值系数,根据系数从大到小选择特征。类似于Filter方法,但是是通过训练来确定特征的优劣。

    一、过滤法(filter)

    根据特征的相关性进行评分,设定一个评分阈值来选择。

    1、方差筛选

    方差越大的特征,那么我们可以认为它是比较有用的。如果方差较小,比如小于1,那么这个特征可能对我们的算法作用没有那么大。最极端的,如果某个特征方差为0,即所有的样本该特征的取值都是一样的,那么它对我们的模型训练没有任何作用,可以直接舍弃。

    2、相关系数

    主要用于输出连续值的监督学习算法中。我们分别计算所有训练集中各个特征与输出值之间的相关系数,设定一个阈值,选择相关系数较大的部分特征。

    3、假设检验

    卡方检验,是一种以χ2分布为基础的一种常用假设检验方法,它的无效假设H0是:观察频数与期望频数没有差别。

    基本思想:假设H0成立,计算出χ2值,表示观察值与理论值之间的偏离程度,根据χ2分布及自由度可以确定在H0假设成立的情况下获得当前统计量及更极端情况的概率P。如果P值很小,说明观察值与理论值偏离程度太大,应当拒绝无效假设。

    4、互信息

    从信息熵的角度分析各个特征和输出值之间的关系评分。互信息值越大,说明该特征和输出值之间的相关性越大,越需要保留。

    P(x,y):联合分布

    二、包装法(Wrapper)

    1、递归消除特征(RFE,recursive feature elimination)

    使用一个机器学习模型进行多轮训练,每轮训练后,消除若干权值系数的特征,然后在新的特征集上重新训练,直到满足我们要求的特征数量。

    经典的SVM-RFE算法,第一轮训练,选择所有的特征进行训练,以每个特征为正例得到最佳超平面,最后每个特征对应的最佳超平面w的平方值最小的,就排除。然后下一轮训练。

    三、嵌入法(Embedded)

    1、带惩罚项的特征选择法

    使用带惩罚项的基模型,除了筛选出特征外,同时也进行了降维。

    L1或L2正则化,正则化惩罚项越大,那么模型的系数就会越小。当正则化惩罚项大到一定的程度的时候,部分特征系数会变成0,当正则化惩罚项继续增大到一定程度时,所有的特征系数都会趋于0. 但是我们会发现一部分特征系数会更容易先变成0,这部分系数就是可以筛掉的。

    L1或L2正则化,正则化惩罚项越大,那么模型的系数就会越小。当正则化惩罚项大到一定的程度的时候,部分特征系数会变成0,当正则化惩罚项继续增大到一定程度时,所有的特征系数都会趋于0. 但是我们会发现一部分特征系数会更容易先变成0,这部分系数就是可以筛掉的。

    2、基于树模型

    可以使用决策树或者GBDT,不是所有的机器学习方法都可以作为嵌入法的基学习器,一般来说,可以得到特征系数coef或者可以得到特征重要度(feature importances)的算法才可以做为嵌入法的基学习器。

    3、特征组合(高级特征)

    例如:想要知道车子速度,但没有这个特征数据,只有车子的公里数和时间,那么这个高级特征就是由公里数和时间这两个特征计算得到的。

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