1.集成學習

集成學習（ensemble learning）通過組合多個基分類器（base classifier）來完成學習任務(wù)，頗有點“三個臭皮匠頂個諸葛亮”的意味?；诸惼饕话悴捎玫氖侨蹩蓪W習（weakly learnable）分類器，通過集成學習，組合成一個強可學習（strongly learnable）分類器。所謂弱可學習，是指學習的正確率僅略優(yōu)于隨機猜測的多項式學習算法；強可學習指正確率較高的多項式學習算法。集成學習的泛化能力一般比單一的基分類器要好，這是因為大部分基分類器都分類錯誤的概率遠低于單一基分類器的。

偏差與方差

“偏差-方差分解”（bias variance decomposition）是用來解釋機器學習算法的泛化能力的一種重要工具。對于同一個算法，在不同訓練集上學得結(jié)果可能不同。對于訓練集，由于噪音，樣本的真實類別為（在訓練集中的類別為），則噪聲為

學習算法的期望預測為

使用樣本數(shù)相同的不同訓練集所產(chǎn)生的方法

期望輸入與真實類別的差別稱為bias，則

為便于討論，假定噪聲的期望為0，即，通過多項式展開，可對算法的期望泛化誤差進行分解（詳細的推導參看[2]）：

也就是說，誤差可以分解為3個部分：bias、variance、noise。bias度量了算法本身的擬合能力，刻畫模型的準確性；variance度量了數(shù)據(jù)擾動所造成的影響，刻畫模型的穩(wěn)定性。為了取得較好的泛化能力，則需要充分擬合數(shù)據(jù)（bias?。?，并受數(shù)據(jù)擾動的影響小（variance小）。但是，bias與variance往往是不可兼得的：

當訓練不足時，擬合能力不夠強，數(shù)據(jù)擾動不足以產(chǎn)生較大的影響，此時bias主導了泛化錯誤率；

隨著訓練加深時，擬合能力隨之加強，數(shù)據(jù)擾動漸漸被學習到，variance主導了泛化錯誤率。

Bagging與Boosting

集成學習需要解決兩個問題：

如何調(diào)整輸入訓練數(shù)據(jù)的概率分布及權(quán)值；

如何訓練與組合基分類器。

從上述問題的角度出發(fā)，集成學習分為兩類流派：Bagging與Boosting。Bagging（BootstrapAggregating）對訓練數(shù)據(jù)擦用自助采樣（boostrap sampling），即有放回地采樣數(shù)據(jù)；每一次的采樣數(shù)據(jù)集訓練出一個基分類器，經(jīng)過MM次采樣得到MM個基分類器，然后根據(jù)最大表決（majority vote）原則組合基分類器的分類結(jié)果。

Boosting的思路則是采用重賦權(quán)（re-weighting）法迭代地訓練基分類器，即對每一輪的訓練數(shù)據(jù)樣本賦予一個權(quán)重，并且每一輪樣本的權(quán)值分布依賴上一輪的分類結(jié)果；基分類器之間采用序列式的線性加權(quán)方式進行組合。

從“偏差-方差分解”的角度看，Bagging關(guān)注于降低variance，而Boosting則是降低bias；Boosting的基分類器是強相關(guān)的，并不能顯著降低variance。Bagging與Boosting有分屬于自己流派的兩大殺器：Random Forests（RF）和Gradient Boosting Decision Tree（GBDT）。本文所要講的AdaBoost屬于Boosting流派。

2.AdaBoost算法

AdaBoost是由Freund與Schapire [1] 提出來解決二分類問題

根據(jù)加型模型（additive model），第m輪的分類函數(shù)

其中，為基分類器的組合系數(shù)。AdaBoost采用前向分布（forward stagewise）這種貪心算法最小化損失函數(shù)（1），求解子模型的

其中，為的分類誤差率。第m+1輪的訓練數(shù)據(jù)集權(quán)值分布

其中，為規(guī)范化因子

則得到最終分類器

是的單調(diào)遞減函數(shù)，特別地，當時，；當時，即基分類器不滿足弱可學習的條件（比隨機猜測好），則應(yīng)該停止迭代。具體算法流程如下：

在算法第4步，學習過程有可能停止，導致學習不充分而泛化能力較差。因此，可采用“重采樣”（re-sampling）避免訓練過程過早停止；即拋棄當前不滿足條件的基分類器，基于重新采樣的數(shù)據(jù)訓練分類器，從而獲得學習“重啟動”機會。

AdaBoost能夠自適應(yīng)（addaptive）地調(diào)整樣本的權(quán)值分布，將分錯的樣本的權(quán)重設(shè)高、分對的樣本的權(quán)重設(shè)低；所以被稱為“Adaptive Boosting”。sklearn的AdaBoostClassifier實現(xiàn)了AdaBoost，默認的基分類器是能fit()帶權(quán)值樣本的DecisionTreeClassifier。

老師木在微博上提出了關(guān)于AdaBoost的三個問題：

1，adaboost不易過擬合的神話。

2，adaboost人臉檢測器好用的本質(zhì)原因，

3，真的要求每個弱分類器準確率不低于50%。