
不平衡数据分类算法介绍与比较
在数据挖掘中,经常会存在不平衡数据的分类问题,比如在异常监控预测中,由于异常就大多数情况下都不会出现,因此想要达到良好的识别效果普通的分类算法还远远不够,这里介绍几种处理不平衡数据的常用方法及对比。
符号表示
记多数类的样本集合为L,少数类的样本集合为S。
用r=|S|/|L|表示少数类与多数类的比例
基准
我们先用一个逻辑斯谛回归作为该实验的基准:
Weighted loss function
一个处理非平衡数据常用的方法就是设置损失函数的权重,使得少数类判别错误的损失大于多数类判别错误的损失。在python的scikit-learn中我们可以使用class_weight参数来设置权重。
欠采样方法(undersampling)
Random undersampling of majority class
一个最简单的方法就是从多数类中随机抽取样本从而减少多数类样本的数量,使数据达到平衡。
Edited Nearest Neighbor (ENN)
我们将那些L类的样本,如果他的大部分k近邻样本都跟他自己本身的类别不一样,我们就将他删除。
Repeated Edited Nearest Neighbor
这个方法就是不断的重复上述的删除过程,直到无法再删除为止。
Tomek Link Removal
如果有两个不同类别的样本,它们的最近邻都是对方,也就是A的最近邻是B,B的最近邻是A,那么A,B就是Tomek link。我们要做的就是讲所有Tomek link都删除掉。那么一个删除Tomek link的方法就是,将组成Tomek link的两个样本,如果有一个属于多数类样本,就将该多数类样本删除掉。
过采样方法(Oversampling)
我们可以通过欠抽样来减少多数类样本的数量从而达到平衡的目的,同样我们也可以通过,过抽样来增加少数类样本的数量,从而达到平衡的目的。
Random oversampling of minority class
一个最简单的方法,就是通过有放回的抽样,不断的从少数类的抽取样本,不过要注意的是这个方法很容易会导致过拟合。我们通过调整抽样的数量可以控制使得r=0.5
Synthetic Minority Oversampling Technique(SMOTE)
这是一个更为复杂的过抽样方法,他的方法步骤如下:
For each point p in S:
1. Compute its k nearest neighbors in S.
2. Randomly choose r ≤ k of the neighbors (with replacement).
3. Choose a random point along the lines joining p and
each of the r selected neighbors.
4. Add these synthetic points to the dataset with class
S.
For each point p in S:
1. 计算点p在S中的k个最近邻
2. 有放回地随机抽取R≤k个邻居
3. 对这R个点,每一个点与点p可以组成一条直线,然后在这条直线上随机取一个点,就产生了一个新的样本,一共可以这样做从而产生R个新的点。
4. 将这些新的点加入S中
Borderline-SMOTE1
这里介绍两种方法来提升SMOTE的方法。
For each point p in S:
1. Compute its m nearest neighbors in T. Call this set Mp and let m'= |Mp ∩ L|.
2. If m'= m, p is a noisy example. Ignore p and continue to the next point.
3. If 0 ≤ m'≤m/2, p is safe. Ignore p and continue to the next point.
4. If m/2 ≤ m'≤ m, add p to the set DANGER.
For each point d in DANGER, apply the SMOTE algorithm to generate synthetic examples.
For each point p in S:
1. 计算点p在训练集T上的m个最近邻。我们称这个集合为Mp然后设 m'= |Mp ∩ L| (表示点p的最近邻中属于L的数量).
2. If m'= m, p 是一个噪声,不做任何操作.
3. If 0 ≤m'≤m/2, 则说明p很安全,不做任何操作.
4. If m/2 ≤ m'≤ m, 那么点p就很危险了,我们需要在这个点附近生成一些新的少数类点,所以我们把它加入到DANGER中.
最后,对于每个在DANGER中的点d,使用SMOTE算法生成新的样本.
我们应用Borderline-SMOTE1的参数设置为k=5,为了使得r=0.5
Borderline-SMOTE2
这个与Borderline-SMOTE1很像,只有最后一步不一样。
在DANGER集中的点不仅从S集中求最近邻并生成新的少数类点,而且在L集中求最近邻,并生成新的少数类点,这会使得少数类的点更加接近其真实值。
FORpinDANGER:1.在S和L中分别得到k个最近邻样本Sk和Lk。2.在Sk中选出α比例的样本点和p作随机的线性插值产生新的少数类样本3.在Lk中选出1−α比例的样本点和p作随机的线性插值产生新的少数类样本。
为了达到r=0.5 实验取k=5
组合方法(Combination)
SMOTE + Tomek Link Removal
SMOTE + ENN
集成方法(Ensemble)
EasyEnsemble
一个最简单的集成方法就是不断从多数类中抽取样本,使得每个模型的多数类样本数量和少数类样本数量都相同,最后将这些模型集成起来。
算法伪代码如下:
1. For i = 1, ..., N:
(a) 随机从 L中抽取样本Li使得|Li| = |S|.
(b) 使用Li和S数据集,训练AdaBoost分类器Fi。
2. 将上述分类器联合起来
BalanceCascad
这个方法跟EasyEnsemble有点像,但不同的是,每次训练adaboost后都会扔掉已被正确分类的样本,经过不断地扔掉样本后,数据就会逐渐平衡。
该图来自:刘胥影, 吴建鑫, 周志华. 一种基于级联模型的类别不平衡数据分类方法[J]. 南京大学学报:自然科学版, 2006, 42(2):148-155
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
SQL Server 中 CONVERT 函数的日期转换:从基础用法到实战优化 在 SQL Server 的数据处理中,日期格式转换是高频需求 —— 无论 ...
2025-09-18MySQL 大表拆分与关联查询效率:打破 “拆分必慢” 的认知误区 在 MySQL 数据库管理中,“大表” 始终是性能优化绕不开的话题。 ...
2025-09-18CDA 数据分析师:表结构数据 “获取 - 加工 - 使用” 全流程的赋能者 表结构数据(如数据库表、Excel 表、CSV 文件)是企业数字 ...
2025-09-18DSGE 模型中的 Et:理性预期算子的内涵、作用与应用解析 动态随机一般均衡(Dynamic Stochastic General Equilibrium, DSGE)模 ...
2025-09-17Python 提取 TIF 中地名的完整指南 一、先明确:TIF 中的地名有哪两种存在形式? 在开始提取前,需先判断 TIF 文件的类型 —— ...
2025-09-17CDA 数据分析师:解锁表结构数据特征价值的专业核心 表结构数据(以 “行 - 列” 规范存储的结构化数据,如数据库表、Excel 表、 ...
2025-09-17Excel 导入数据含缺失值?详解 dropna 函数的功能与实战应用 在用 Python(如 pandas 库)处理 Excel 数据时,“缺失值” 是高频 ...
2025-09-16深入解析卡方检验与 t 检验:差异、适用场景与实践应用 在数据分析与统计学领域,假设检验是验证研究假设、判断数据差异是否 “ ...
2025-09-16CDA 数据分析师:掌控表格结构数据全功能周期的专业操盘手 表格结构数据(以 “行 - 列” 存储的结构化数据,如 Excel 表、数据 ...
2025-09-16MySQL 执行计划中 rows 数量的准确性解析:原理、影响因素与优化 在 MySQL SQL 调优中,EXPLAIN执行计划是核心工具,而其中的row ...
2025-09-15解析 Python 中 Response 对象的 text 与 content:区别、场景与实践指南 在 Python 进行 HTTP 网络请求开发时(如使用requests ...
2025-09-15CDA 数据分析师:激活表格结构数据价值的核心操盘手 表格结构数据(如 Excel 表格、数据库表)是企业最基础、最核心的数据形态 ...
2025-09-15Python HTTP 请求工具对比:urllib.request 与 requests 的核心差异与选择指南 在 Python 处理 HTTP 请求(如接口调用、数据爬取 ...
2025-09-12解决 pd.read_csv 读取长浮点数据的科学计数法问题 为帮助 Python 数据从业者解决pd.read_csv读取长浮点数据时的科学计数法问题 ...
2025-09-12CDA 数据分析师:业务数据分析步骤的落地者与价值优化者 业务数据分析是企业解决日常运营问题、提升执行效率的核心手段,其价值 ...
2025-09-12用 SQL 验证业务逻辑:从规则拆解到数据把关的实战指南 在业务系统落地过程中,“业务逻辑” 是连接 “需求设计” 与 “用户体验 ...
2025-09-11塔吉特百货孕妇营销案例:数据驱动下的精准零售革命与启示 在零售行业 “流量红利见顶” 的当下,精准营销成为企业突围的核心方 ...
2025-09-11CDA 数据分析师与战略 / 业务数据分析:概念辨析与协同价值 在数据驱动决策的体系中,“战略数据分析”“业务数据分析” 是企业 ...
2025-09-11Excel 数据聚类分析:从操作实践到业务价值挖掘 在数据分析场景中,聚类分析作为 “无监督分组” 的核心工具,能从杂乱数据中挖 ...
2025-09-10统计模型的核心目的:从数据解读到决策支撑的价值导向 统计模型作为数据分析的核心工具,并非简单的 “公式堆砌”,而是围绕特定 ...
2025-09-10