针对不平衡数据的过采样和随机森林改进算法

针对数据不平衡带来的少数类样本识别率低的问题,提出通过加权策略对过采样和随机森林进行改进的算法,从数据预处理和算法两个方面降低数据不平衡对分类器的影响。数据预处理阶段应用合成少数类过采样技术(Synthetic Minority Oversampling Technique,SMOTE)降低数据不平衡度,每个少数类样本根据其相对于剩余样本的欧氏距离分配权重,使每个样本合成不同数量的新样本。算法改进阶段利用Kappa系数评价随机森林中决策树训练后的分类效果,并赋予每棵树相应的权重,使分类能力更好的树在投票阶段有更大的投票权,提高随机森林算法对不平衡数据的整体分类性能。在KEEL数据集上的实验表明,与未改进算法相比,改进后的算法对少数类样本分类准确率和整体样本分类性能有所提升。     

一种面向多类不平衡协议流量的改进AdaBoost.M2算法

针对AdaBoost。M2算法在解决多类不平衡协议流量的分类问题时存在不足,提出一种适用于因特网协议流量多类不平衡分类的集成学习算法RBWS-ADAM2,本算法在AdaBoost。M2每次迭代过程中,设计了基于权重的随机平衡重采样策略对训练数据进行预处理,该策略利用随机设置采样平衡点的重采样方式来更改多数类和少数类的样本数目占比,以构建多个具有差异性的训练集,并将样本权重作为样本筛选的依据,尽可能保留高权重样本,以加强对此类样本的学习。在国际公开的协议流量数据集上将RBWS-ADAM2算法与其他类似算法进行实验比较表明,相比于其他算法,该算法不仅对部分少数类的F-measure有较大提升,更有效提高了集成分类器的总体G-mean和总体平均F-measure,明显增强了集成分类器的整体性能。     

处理不平衡数据的聚类欠采样加权随机森林算法

针对现有欠采样处理算法中存在样本缺少代表性、分类性能差等问题,提出了一种基于聚类欠采样的加权随机森林算法(weighted random forest algorithm based on clustering under-sampling,CUS-WRF)。利用K-means算法对多数类样本聚类,引入欧氏距离作为欠采样时分配样本个数的权重依据,使采样后的多数类样本与少数类样本形成一个平衡的样本集,以CART决策树为基分类器,加权随机森林为整体框架,同时将测试样本的准确率作为每棵树的权值来完成对结果的最终投票,有效提高了整体分类性能。选择八组KEEL数据集进行实验,结果表明,与其余四种基于随机森林的不平衡数据处理算法相比,CUS-WRF算法的分类性能及稳定性更具优势。     

基于粒子群优化的不均衡数据学习

为了提高重采样算法在不均衡数据学习的性能,提出一种基于粒子群优化的不均衡数据学习方法。通过粒子群优化,以不均衡数据分类评价准则作为目标函数,来优化重采样算法中最佳的采样率,同时对特征进行选择,从而达到最佳的数据分布。该算法在大量UCI数据集上进行了测试,与其他不均衡学习算法进行比较,结果表明该算法具有更高的分类性能; 并验证了同时优化采样率和特征集合,可有效地改进不均衡数据分类效果。     

嵌入重采样技术的C4.5决策树集成分类算法的临床医学预测

决策树作为一种经典的分类算法,因其分类规则简单易懂被广泛应用于医学数据分析中.然而,医学数据的样本不平衡问题使得决策树算法的分类效果降低.数据重采样是目前解决样本不平衡问题的常见方法,通过改变样本分布提升少数类样本的分类性能.现有重采样方法往往独立于后续学习算法,采样后的数据对于弱分类器的构建不一定有效.鉴于此,提出一种基于C4.5算法的混合采样算法.该算法以C4.5算法为迭代采样的评价准则控制过采样和欠采样的迭代过程,同时依据数据的不平衡比动态更新过采样的采样倍率,最终以投票机制组合多个弱分类器预测结果.通过在9组UCI数据集上的对比实验,表明所提出算法的有效性,同时算法也在稽留流产数据上实现了准确的预测.     

基于多样性向导的自适应重采样粒子滤波研究

由于在非线性非高斯系统和多模处理能力上的优越性,粒子滤波算法已经被广泛应用。针对粒子滤波算法现有缺陷分析,提出一种基于多样性向导的自适应重采样粒子滤波。首先,基于多样性向导自适应调整重采样阈值。在基于有效样本大小的自适应重采样技术之上,借助了另一多样性测度即种群多样性因子来自适应地调整有效样本大小的阈值;而且,在重采样之后引入样本变异操作来确保样本的多样性。然后,提出了一种改进的部分分层重采样算法。该算法借鉴部分分层重采样执行快、时间短的优点,同时结合权重优化的思想改进重采样的样本权重计算。最后,通过仿真实验验证了所提粒子滤波算法的性能和有效性。     

流量的集成学习与重采样均衡分类方法

针对传统基于机器学习的流量分类方法中数据不均衡影响分类效果的问题,提出了一种基于重采样的梯度增强树算法。该算法利用流量数据的统计特征,通过回溯搜索策略优化特征集合并设计适用于流量分类的树结构参数,构造最优模型;利用结合重采样的LightGBM算法修正数据不平衡性并进行分类测试。经实验验证,该算法提高了不平衡数据的分类效果,并且具有性能稳定、快速的优点。     

改进的随机平衡采样Bagging算法的网络贷款研究

互联网金融中的网络贷款用户数据具有类别不平衡的特性，严重影响传统分类器的性能。随机平衡采样算法在对原始数据集进行重采样的过程中，将所有样本同等考虑，本文在平衡采样的过程中充分考虑样本点的性能，将其分为3类样本：安全的、边界的、噪声的，针对不同类型的样本采用相应的采样方法，得到平衡的新数据集，然后对该数据集进行Bagging集成，提高算法的泛化性能，结果表明本文改进的随机平衡采样(Improved Random Balanced Sampling， IRBS)Bagging算法可以较好地对网络贷款用户进行分类。     

改进的部分分层式粒子滤波重采样算法

粒子滤波算法由于其处理非线性非高斯的能力优势,目前应用领域非常广泛。然而粒子滤波中存在的粒子退化、样贫等问题同样不容忽视,针对这些问题提出了一种改进的重采样粒子滤波算法。该方法借鉴了部分分层重采样和残差重采样的思路,通过对粒子权值大中小分类,在兼顾粒子多样性的情况下用不同策略分层次复制三个集合样本,从而优化了重采样算法。最后通过与经典粒子滤波重采样算法和其他部分重采样(PR)算法相比,以一维非线性跟踪模(UNG)和二维纯角度跟踪模型(BOT)两个模型的仿真结果验证了所提算法的滤波性能和有效性。     

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.     

HIVE-COTE 2.0: a new meta ensemble for time series classification

Machine Learning - The Hierarchical Vote Collective of Transformation-based Ensembles (HIVE-COTE) is a heterogeneous meta ensemble for time series classification. HIVE-COTE forms its ensemble from...     

局部关注支持向量机算法

针对训练数据集的不均衡性这一问题,结合采样方法和集成方法,提出一种集成支持向量机分类算法。该算法首先对不均衡的训练集进行非监督聚类;然后依靠其底层的局部关注支持向量机进行数据集局部划分,以精确把控数据集间的局部特征;最后通过顶层支持向量机进行分类预测。在UCI数据集上的评测结果显示,该算法与当前流行的算法（如基于采样的核化少数类过采样技术（K-SMOTE）、基于集成的梯度提升决策树（GTB）和代价敏感集成算法（AdaCost）等）相比,分类效果有明显提升,能在一定程度上解决数据集的不均衡问题。     

基于特征约简的随机森林改进算法研究

随机森林(random forest,RF)算法虽应用广泛且分类准确度很高,但在面对特征维度高且不平衡的数据时,算法分类性能被严重削弱。高维数据通常包含大量的无关和冗余的特征,针对这个问题,结合权重排序和递归特征筛选的思想提出了一种改进的随机森林算法RW_RF(ReliefF&wrapper random forest)。首先引用ReliefF算法对数据集的所有特征按正负类分类能力赋予不同的权值,再递归地删除冗余的低权值特征,得到分类性能最佳的特征子集来构造随机森林;同时改进ReliefF的抽样方式,以减轻不平衡数据对分类模型的影响。实验结果显示,在特征数目很多的数据集中,改进算法的各评价指标均高于原算法,证明提出的RW_RF算法有效精简了特征子集,减轻了冗余特征对模型分类精度的影响,同时也证明了改进算法对处理不平衡数据起到了一定的效果。     

Ensemble component selection for improving ICA based microarray data prediction models

Independent component analysis (ICA) has been widely used to tackle the microarray dataset classification problem, but there still exists an unsolved problem that the independent component (IC) sets may not be reproducible after different ICA transformations. Inspired by the idea of ensemble feature selection, we design an ICA based ensemble learning system to fully utilize the difference among different IC sets. In this system, some IC sets are generated by different ICA transformations firstly. A multi-objective genetic algorithm (MOGA) is designed to select different biologically significant IC subsets from these IC sets, which are then applied to build base classifiers. Three schemes are used to fuse these base classifiers. The first fusion scheme is to combine all individuals in the final generation of the MOGA. In addition, in the evolution, we design a global-recording technique to record the best IC subsets of each IC set in a global-recording list. Then the IC subsets in the list are deployed to build base classifier so as to implement the second fusion scheme. Furthermore, by pruning about half of less accurate base classifiers obtained by the second scheme, a compact and more accurate ensemble system is built, which is regarded as the third fusion scheme. Three microarray datasets are used to test the ensemble systems, and the corresponding results demonstrate that these ensemble schemes can further improve the performance of the ICA based classification model, and the third fusion scheme leads to the most accurate ensemble system with the smallest ensemble size.     

改进SMOTE的不平衡数据集成分类算法

针对不平衡数据集的低分类准确性,提出基于改进合成少数类过采样技术（SMOTE）和AdaBoost算法相结合的不平衡数据分类算法（KSMOTE-AdaBoost）。首先,根据K近邻（KNN）的思想,提出噪声样本识别算法,通过样本的K个近邻中所包含的异类样本数目,对样本集中的噪声样本进行精确识别并予以滤除;其次,在过采样过程中基于聚类的思想将样本集划分为不同的子簇,根据子簇的簇心及其所包含的样本数目,在簇内样本与簇心之间进行新样本的合成操作。在样本合成过程中充分考虑类间和类内数据不平衡性,对样本及时修正以保证合成样本质量,平衡样本信息;最后,利用AdaBoost算法的优势,采用决策树作为基分类器,对平衡后的样本集进行训练,迭代多次直到满足终止条件,得到最终分类模型。选择G-mean、AUC作为评价指标,通过在6组KEEL数据集进行对比实验。实验结果表明,所提的过采样算法与经典的过采样算法SMOTE、自适应综合过采样技术（ADASYN）相比,G-means和AUC在4组中有3组最高;所提分类模型与现有的不平衡分类模型SMOTE-Boost,CUS-Boost,RUS-Boost相比,6组数据中：G-means均高于CUS-Boost和RUS-Boost,有3组低于SMOTE-Boost;AUC均高于SMOTE-Boost和RUS-Boost,有1组低于CUS-Boost。验证了所提的KSMOTE-AdaBoost具有更好的分类效果,且模型泛化性能更高。     

A new ensemble feature selection and its application to pattern classification

Neural network ensemble based on rough sets reduct is proposed to decrease the computational complexity of conventional ensemble feature selection algorithm. First, a dynamic reduction technology combining genetic algorithm with resampling method is adopted to obtain reducts with good generalization ability. Second, Multiple BP neural networks based on different reducts are built as base classifiers. According to the idea of selective ensemble, the neural network ensemble with best generalization ability can be found by search strategies. Finally, classification based on neural network ensemble is implemented by combining the predictions of component networks with voting. The method has been verified in the experiment of remote sensing image and five UCI datasets classification. Compared with conventional ensemble feature selection algorithms, it costs less time and lower computing complexity, and the classification accuracy is satisfactory.     

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。     

基于样本权重更新的不平衡数据集成学习方法

不平衡数据的问题普遍存在于大数据、机器学习的各个应用领域,如医疗诊断、异常检测等。研究者提出或采用了多种方法来进行不平衡数据的学习,比如数据采样(如SMOTE)或者集成学习(如EasyEnsemble)的方法。数据采样中的过采样方法可能存在过拟合或边界样本分类准确率较低等问题,而欠采样方法则可能导致欠拟合。文中将SMOTE,Bagging,Boosting等算法的基本思想进行融合,提出了Rotation SMOTE算法。该算法通过在Boosting过程中根据基分类器的预测结果对少数类样本进行SMOTE来间接地增大少数类样本的权重,并借鉴Focal Loss的基本思想提出了根据基分类器预测结果直接优化AdaBoost权重更新策略的FocalBoost算法。对不同应用领域共11个不平衡数据集的多个评价指标进行实验测试,结果表明,相比于其他不平衡数据算法(包括SMOTEBoost算法和EasyEnsemble算法),Rotation SMOTE算法在所有数据集上具有最高的召回率,并且在大多数数据集上具有最佳或者次佳的G-mean以及F1Score;而相比于原始的AdaBoost,FocalBoost则在其中9个不平衡数据集上都获得了更优的性能指标。     

基于互信息选择聚类集成的网络流量分类方法

针对互联网流量标注困难以及单个聚类器的泛化能力较弱,提出一种基于互信息(MI)理论的选择聚类集成方法,以提高流量分类的精度。首先计算不同初始簇个数K的K均值聚类结果与训练集中流量协议的真实分布之间的规范化互信息(NMI);然后基于NMI的值来选择用于聚类集成的K均值基聚类器的K值序列;最后采用二次互信息(QMI)的一致函数生成一致聚类结果,并使用一种半监督方法对聚类簇进行标注。通过实验比较了聚类集成方法与单个聚类算法在4个不同测试集上总体分类精度。实验结果表明,聚类集成方法的流量分类总体精度能达到90%。所提方法将聚类集成模型应用到网络流量分类中,提高了流量分类的精度和在不同数据集上的分类稳定性。     

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。