KNN 算法

面试知识点笔记

Posted by Echo on August 15, 2020

面试前整理的一些自己不熟悉的知识点,好想拥有一个硬盘一样的脑袋,可以不忘掉的那种。

逻辑回归

手推逻辑回归:

  • Logit 函数写模型
  • 极大似然求梯度
  • 学习率更新参数

KNN 算法

KNN 算法属于懒学习方法,基本上不学习,导致预测的速度比逻辑回归等算法慢。

KNN 算法三要素:

  • k 值选取:交叉验证选取,过小会引起过拟合,过大则模型太简单。
  • 距离的度量方式:一般为欧式距离,当然曼哈顿距离、闵式距离也可。
  • 分类决策规则:一般为多数表决法。

k 值减小,模型复杂,容易过拟合,k值增大,模型简单。

蛮力算法实现 KNN 通常适用于少量样本的简单模型,否则就要借助 KD 树来求解了。

KD 树的建立:选择方差最大的特征,求其中位数对应的样本,以此为基准将剩下的样本划分为两类,以此类推,直到没有可以划分的样本。

KD 树的预测:用最邻近算法跑 k 次,就得到了 k 个最邻近样本,然后根据多数表决法得到预测值。

KNN 算法的主要优缺点这里说的比较详细。

朴素贝叶斯

朴素贝叶斯的核心算法就是贝叶斯公式: \(P(B|A) = \frac{P(A|B)P(B)}{P(A)}\) 那么怎么应用呢?换个形式就会很明朗: \(P(类别|特征) = \frac{P(特征|类别)P(类别)}{P(特征)}\)

其基本假设是条件独立性,即 \(\begin{aligned} P(X=x|Y=c_k) = & P(X^{(1)}=x^{(1)}, \cdots, X^{(n)}=x^{(n)}|Y=c_k) \\ = & \prod_{j=1}^{n}P(X^{j}=x^{j}|Y=c_k) \end{aligned}\) 这是一个较强的假设,由于这一假设,模型包含的条件概率数量从 $mxn$ 降到了 $m+n$,因此,学习与预测大为化简。

概率估计方法可以有极大似然估计或贝叶斯估计(当 lambda 为 0 时退化为极大似然估计)。

SVM

SVM 是一种二分类模型,它的基本模型是定义在特征空间上的间隔最大的线性分类器,间隔最大使其有别于感知机,SVM 还包括核技巧,使它成为实质上的非线性分类器。

SVM 的学习策略就是间隔最大化,可形式化为一个求解凸二次规划的最优化问题。其基本思想是求解能够正确划分训练数据集且几何间隔最大的分离超平面

(间隔对偶核技巧) 带约束的原问题 -> 不带约束的原问题(引入拉格朗日) -> 对偶问题(凸二次规划问题,约束是线性的、目标函数是二次的->强对偶问题)-> 无约束优化求导为零解最优解

原、对偶问题是强对偶关系 <=> 满足 KKT 条件,KKT 条件为 \(\left\{ \begin{aligned} \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \mathbb{w}} = 0, \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial b} = 0, \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \lambda} = 0\\ {\lambda}_{i}(1-y_{i}(\mathbb{w}^Tx_i + b)) = 0\\ {\lambda}_{i} \ge 0\\ 1-y_{i}(\mathbb{w}^Tx_i + b) \le 0 \end{aligned} \right.\)

于是根据 KKT 条件求出参数即可。

手推 SVM 三步走:

  • 几何解释 -> 数学解释
  • 带约束优化 -> 无约束优化
  • 对偶问题 -> KKT 条件

BN

BN 是归一化隐藏单元激活值并加速学习的方式。

其奏效的原因是:

  • 归一化到 0 均值、1 方差,可以加速学习

  • 减弱了前层参数的作用与后层参数的作用之间的联系,它使得网络每层都可以自己学习,稍稍独立于其他层,这有助于加速整个网络的学习

  • 往每个隐藏层的激活值上增加了噪音,具有轻微的正则化效果。

决策树

信息增益存在偏向于选择取值较多的特征的问题,可用信息增益比来修正。分别对应 ID3 算法和 C4.5 算法。

决策树的生成学习仅考虑对训练数据的拟合程度,不考虑模型的复杂成都,容易过拟合,而剪枝学习同时考虑两者。

CART 树是二叉树,由特征选择、树的生成、树的剪枝组成,可用于回归和分类。基尼系数作为特征选择指标。基尼系数越小,分类结果越好。CART 剪枝形成一个序列,相当于超参数的选择过程。

基尼系数和熵之半的曲线很接近,都可以近似的代表分类误差率。

对于连续值的处理:用区间划分对其进行离散化,选择信息熵最小的划分,因为希望划分之后的数据更纯净。