[Weka]Weka学习系列一

最近Boss要求我们自己的试验平台要支持多个机器学习算法的方便的比较，于是决定仿照Weka的结构设计，这个任务就安排给咱了，没办法，看呗，上次看Weka还是一年前！

Lesson 1

zz from http://dreamhead.blogbus.com/logs/16813833.html

Weka，是一个用Java编写的数据挖掘软件。数据挖掘，从字面上来看，它是一个从数据中找寻有用信息的过程，不过，它涉及的内容很多，所以，这里借用“分类”这一面来说事。

分类，从名称上来看，再简单不过了，给你一样东西，给它分个类。你如何知道怎么分类呢？显然，这是基于你已有的经验。对于计算机而言，这种经验从何而来呢？只有让人来告诉它，也就是说，我们要拿一批数据训练计算机，经过训练的计算机，便具备了一定的识别能力，就可以完成一些简单的分类工作。现实中，可以用到分类的机会有很多，比如我之前，曾经参与过的一个项目就是用这种方法来做车辆的识别。

下面便是一段使用Weka完成一段分类程序。

import weka.classifiers.Classifier;
import weka.classifiers.bayes.NaiveBayesMultinomial;
import weka.core.Attribute;
import weka.core.FastVector;
import weka.core.Instance;
import weka.core.Instances;
import weka.filters.Filter;
import weka.filters.unsupervised.attribute.StringToWordVector;

public class Main {
  private static final String GOOD = "G";
  private static final String BAD = "B";
    
  private static final String CATEGORY = "category";
  private static final String TEXT = "text";
    
  private static final int INIT_CAPACITY = 100;
    
  private static final String[][] TRAINING_DATA = {
    {"Good", GOOD},
    {"Wonderful", GOOD},
    {"Cool", GOOD},
    {"Bad", BAD},
    {"Disaster", BAD},
    {"Terrible", BAD}
  };
    
  private static final String TEST_DATA = "Good";
    
  private static Filter filter = new StringToWordVector();
  private static Classifier classifier = new NaiveBayesMultinomial();
    
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    FastVector categories = new FastVector();
    categories.addElement(GOOD);
    categories.addElement(BAD);

    FastVector attributes = new FastVector();
    attributes.addElement(new Attribute(TEXT, (FastVector)null));
    attributes.addElement(new Attribute(CATEGORY, categories));

    Instances instances = new Instances("Weka", attributes, INIT_CAPACITY);
    instances.setClassIndex(instances.numAttributes() - 1);
        
    for (String[] pair : TRAINING_DATA) {
      String text = pair[0];
      String category = pair[1];

      Instance instance = createInstanceByText(instances, text);
      instance.setClassValue(category);
      instances.add(instance);
    }
        
    filter.setInputFormat(instances);
    Instances filteredInstances = Filter.useFilter(instances, filter);
    classifier.buildClassifier(filteredInstances);

    // Test
    String testText = TEST_DATA;
    Instance testInstance = createTestInstance(instances.stringFreeStructure(), testText);

    double predicted = classifier.classifyInstance(testInstance);
    String category = instances.classAttribute().value((int)predicted);
    System.out.println(category);
  }
    
  private static Instance createInstanceByText(Instances data, String text) {
    Attribute textAtt = data.attribute(TEXT);
    int index = textAtt.addStringValue(text);

    Instance instance = new Instance(2);
    instance.setValue(textAtt, index);
    instance.setDataset(data);

    return instance;
  }
    
  private static Instance createTestInstance(Instances data, String text) throws Exception {
    Instance testInstance = createInstanceByText(data, text);
    filter.input(testInstance);
    return filter.output();
  }
}

这个程序分成两个大部分，前半部分用以训练分类器，后半部分则是测试这个分类器。

训练分类器，我们要做的包括，选择分类算法和准备训练数据。在Weka中，每一种分类算法都是Classifier的一个子类，这样的话，就可以在不改变其它部分的情况下，很容易的修改分类算法。

其实，稍微了解一下这方面的知识的人，都会知道，分类算法固然重要，但真正决定一个分类器本事大小的，是用以训练的数据。想要得到一个好的分类器，少不了不断调整训练数据和不断的训练。这同人类认识问题是一样的，经得多，见得广，才有更好的分辨能力。

在Weka中，用以训练的数据就是Instances，顾名思义，这是Instance的复数，显而易见，单独的一个训练数据就是Instance，而Instances这个类的存在，可以把Instance的一些公共的属性放到一起。在这里，我们可以看到，为了用文本作为训练数据，我们会把文本转换为Instance。同样，测试分类器的时候，我们也会把文本转换为一个Instance，然后再进行分类。

除此之外，这里还有一个Filter的概念，同常见的filter概念类似，它给了我们一个进行正式处理之前，对数据进行处理的机会。在这里，主要是对Instance做一些相关的变换。

当我们得到一个分类器之后，就可以利用这个分类器进行分类了，其中，最关键的代码是
    classifier.classifyInstance(testInstance);
这段代码返回的是根据分类算法计算结果得到的一个相似度，我们可以利用这个值来估计我们测试用的数据应该属于哪个分类。

从代码上来说，这段代码本身并不复杂。正如前面所说，一个好的分类器是需要让数据帮忙的。所以，换几个测试数据，你就会发现，这段代码中实现的分类器一点都不强大。如果希望它强大起来，扩展训练数据是一个必然的结果。不过，对于这篇blog而言，这不重要，因为我们只是要和Weka问个好，进一步的工作，还需要进一步的努力。

Useful Links

1、数据挖掘青年(DBMan)的Weka专题：http://blogger.org.cn/blog/blog.asp?subjectid=2725&name=DMman