【算法模型】輕松看懂機器學習十大常用算法
今天的算法如下：
決策樹
隨機森林算法
邏輯回歸
SVM
朴素貝葉斯
K最近鄰算法
K均值算法
Adaboost 算法
神經網絡
馬爾可夫
1. 決策樹
根據一些 feature 進行分類，每個節點提一個問題，通過判斷，將數據分為兩類，再繼續提問。這些問題是根據已有數據學習出來的，再投入新數據的時候，就可以根據這棵樹上的問題，將數據划分到合適的葉子上。
2. 隨機森林
在源數據中隨機選取數據，組成幾個子集：
S 矩陣是源數據，有 1-N 條數據，A B C 是feature，最后一列C是類別：
由 S 隨機生成 M 個子矩陣：
這 M 個子集得到 M 個決策樹，
將新數據投入到這 M 個樹中，得到 M 個分類結果，計數看預測成哪一類的數目最多，就將此類別作為最后的預測結果：
3. 邏輯回歸
當預測目標是概率這樣的，值域需要滿足大於等於0，小於等於1的，這個時候單純的線性模型是做不到的，因為在定義域不在某個范圍之內時，值域也超出了規定區間。
所以此時需要這樣的形狀的模型會比較好。
那么怎么得到這樣的模型呢？
這個模型需要滿足兩個條件 大於等於0，小於等於1
大於等於0 的模型可以選擇 絕對值，平方值，這里用 指數函數，一定大於0
小於等於1 用除法，分子是自己，分母是自身加上1，那一定是小於1的了。
再做一下變形，就得到了 logistic regression 模型。
通過源數據計算可以得到相應的系數了。
最后得到 logistic 的圖形：
4. SVM
support vector machine
要將兩類分開，想要得到一個超平面，最優的超平面是到兩類的 margin 達到最
大，margin就是超平面與離它最近一點的距離，如下圖，Z2>Z1，所以綠色的
超平面比較好。
將這個超平面表示成一個線性方程，在線上方的一類，都大於等於1，另一類小於等於－1。
點到面的距離根據圖中的公式計算。
所以得到 total margin 的表達式如下，目標是最大化這個 margin，就需要最小化分母，於是變成了一個優化問題。
舉個栗子，三個點，找到最優的超平面，定義了 weight vector＝（2，3）－（1，1）。
得到 weight vector 為（a，2a），將兩個點代入方程，代入（2，3）另其值＝1，代入（1，1）另其值＝-1，求解出 a 和 截矩 w0 的值，進而得到超平面的表達式。
a 求出來后，代入（a，2a）得到的就是 support vector，
a 和 w0 代入超平面的方程就是 support vector machine。
5. 朴素貝葉斯
舉個在 NLP 的應用：
給一段文字，返回情感分類，這段文字的態度是positive，還是negative。
為了解決這個問題，可以只看其中的一些單詞。
這段文字，將僅由一些單詞和它們的計數代表。
原始問題是：給你一句話，它屬於哪一類，
通過 bayes rules 變成一個比較簡單容易求得的問題。
問題變成，這一類中這句話出現的概率是多少，當然，別忘了公式里的另外兩個概率。
栗子：單詞 love 在 positive 的情況下出現的概率是 0.1，在 negative 的情況下出現的概率是 0.001。
6. K最近鄰
k nearest neighbours
給一個新的數據時，離它最近的 k 個點中，哪個類別多，這個數據就屬於哪一類。
栗子：要區分 貓 和 狗，通過 claws 和 sound 兩個feature來判斷的話，圓形和三角形是已知分類的了，那么這個 star 代表的是哪一類呢？
k＝3時，這三條線鏈接的點就是最近的三個點，那么圓形多一些，所以這個star就是屬於貓。
7. K均值
想要將一組數據，分為三類，粉色數值大，黃色數值小。
最開心先初始化，這里面選了最簡單的 3，2，1 作為各類的初始值。
剩下的數據里，每個都與三個初始值計算距離，然后歸類到離它最近的初始值所在類別。
分好類后，計算每一類的平均值，作為新一輪的中心點。
幾輪之后，分組不再變化了，就可以停止了。
8. Adaboost
adaboost 是 bosting 的方法之一，
bosting就是把若干個分類效果並不好的分類器綜合起來考慮，會得到一個效果比較好的分類器。
下圖，左右兩個決策樹，單個看是效果不怎么好的，但是把同樣的數據投入進去，把兩個結果加起來考慮，就會增加可信度。
adaboost 的栗子，手寫識別中，在畫板上可以抓取到很多 features，例如 始點的方向，始點和終點的距離等等。
training 的時候，會得到每個 feature 的 weight，例如 2 和 3 的開頭部分很像，這個 feature 對分類起到的作用很小，它的權重也就會較小。
而這個 alpha 角 就具有很強的識別性，這個 feature 的權重就會較大，最后的預測結果是綜合考慮這些 feature 的結果。
9. 神經網絡
Neural Networks 適合一個input可能落入至少兩個類別里，
NN 由若干層神經元，和它們之間的聯系組成，
第一層是 input 層，最后一層是 output 層，
在 hidden 層 和 output 層都有自己的 classifier。
input 輸入到網絡中，被激活，計算的分數被傳遞到下一層，激活后面的神經
層，最后output 層的節點上的分數代表屬於各類的分數，下圖例子得到分類結果為 class 1。
同樣的 input 被傳輸到不同的節點上，之所以會得到不同的結果是因為各自節點有不同的weights 和 bias。
這也就是 forward propagation。
10. 馬爾可夫
Markov Chains 由 state 和 transitions 組成，
栗子，根據這一句話 ‘the quick brown fox jumps over the lazy dog’，要得到 markov chain。
步驟，先給每一個單詞設定成一個狀態，然后計算狀態間轉換的概率。
這是一句話計算出來的概率，當你用大量文本去做統計的時候，會得到更大的狀態轉移矩陣，例如 the 后面可以連接的單詞，及相應的概率。
生活中，鍵盤輸入法的備選結果也是一樣的原理，模型會更高級。
