京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
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
在数字化市场调研体系中,大数据与小数据是两类核心调研数据形态,分别对应海量行为统计与精准样本深度调研。行业普遍存在认知误 ...
2026-08-07数据透视表是Excel、WPS中最核心的数据分析工具,凭借快速汇总、分组统计、动态筛选的优势,被广泛应用于销量统计、业绩复盘、数 ...
2026-08-07 很多数据分析师每天盯着GMV、DAU、转化率,但当被问到“哪些指标在所有行业都适用”“哪些指标只对电商有意义”“二者如何搭 ...
2026-08-07在商品销量、市场需求、营收规模等业务数据中,季节性波动是最普遍、最核心的数据特征。零售快消、食品餐饮、家电服饰、电商行业 ...
2026-08-06在流量红利消退、市场竞争白热化的商业环境中,传统依托经验、跟风投放、广撒网式的营销模式,逐渐暴露出成本高、精准度低、转化 ...
2026-08-06 很多数据分析师每天盯着GMV、DAU、转化率,但当被问到“什么是指标”“指标和维度有什么区别”“如何定义指标值的计算规则和 ...
2026-08-06【核心关键词】知识、设备、工程师、数字化、建模、算法、工业大数据、数据分析、控制算法、机器学习、深度学习、业务目标、工 ...
2026-08-05增长率是数据分析、业务报表、可视化看板中最核心的指标之一,常用于衡量营收、销量、用户量、流量等业务数据的涨跌幅度与发展趋 ...
2026-08-05小陈是某电商平台的数据分析师。老板交给他一个任务:“我们平台的注册用户已经突破1000万了,想了解一下用户的平均月消费金额。 ...
2026-08-05在机器学习建模、数据预处理、抽样划分、模型初始化训练的全流程中,随机种子是控制实验随机性、保证结果可复现、提升模型稳定性 ...
2026-08-04Python作为面向对象的主流编程语言,核心编程体系由变量、方法、类三大基础要素构成。三者层层递进、相互协作,支撑起所有基础代 ...
2026-08-04 很多数据分析师沉迷于复杂的机器学习算法,却忽略了数据分析最基础也最核心的能力——描述性统计。事实上,80%的商业分析问 ...
2026-08-04为什么学习数据分析? 当下,我们已然步入数据要素价值全面释放的智能时代。数据不再只是零散的数字记录,更是驱动新质生产力运 ...
2026-08-03CDA等级认证证书有效期为三年,三年进行一次年审,主要考察CDA持证人的职业发展情况;学历、工作单位及职业变更情况;继续教育 ...
2026-08-03【核心关键词】金融、岗位、企业、算法、知识、专业、理论、课程、软件、数据分析、业务类型、应用场景、经营管理、大型企业、 ...
2026-08-03在日常数据分析、业务报表复盘、业绩预测工作中,平均增长率是衡量数据长期变化趋势的核心指标,广泛用于营收增长、用户增长、销 ...
2026-08-03很多人把统计学理解为“一堆公式和计算”,却忽略了它的本质——一门让数据“开口说话”的科学。真正的数据分析高手,不是会算平 ...
2026-08-03在数据指标体系搭建工作中,从业者常困惑于指标搭建的核心逻辑:究竟是依托一线零散数据自下而上汇总指标,还是基于战略目标自上 ...
2026-07-31在数据分析、问卷研究、实验复盘、业务建模的工作中,大多数人最关注的是“用什么统计方法”:是做T检验、方差分析、卡方检验, ...
2026-07-31 许多数据分析师精通Excel函数和SQL查询,但当面对一张上万行的销售明细表,要快速回答“哪个地区销量最高”“哪款产品增长最 ...
2026-07-31