几种Boost算法的比较(Discrete AdaBoost, Real AdaBoost, LogitBoost, Gentle Adaboost)

关于boost算法

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　　boost算法是基于PAC学习理论（probably approximately correct）而建立的一套集成学习算法(ensemble learning)。其根本思想在于通过多个简单的弱分类器，构建出准确率很高的强分类器，PAC学习理论证实了这一方法的可行性。下面关于几种Boost算法的比较，是基于文章《Additive Logistic Regression a Statistical View of Boosting》整理的。

几种boost算法步骤

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　　通常使用最多的应该是离散的Adaboost算法(Discrete AdaBoost),主要因为它的简单却不俗的表现，Discrete Adaboost算法的步骤如下：

　　可以看出，Discrete AdaBoost的每一个弱分类的输出结果是1或-1，并没有属于某个类的概率，略显粗糙。
如果让每个弱分类器输出样本属于某个类的概率，则可以得到Real AdaBoost算法，其步骤如下：

　　Real Adaboost每个弱分类器输出样本属于某类的概率后，通过一个对数函数将0-1的概率值映射到实数域，最后的分类器是所有映射函数的和。

将Real Adaboost算法每次迭代的两部合并，直接产生一个映射到实数域的函数，则就成了Gentle AdaBoost， 其算法步骤如下：

　　Gentle AdaBoost则在每次迭代时，基于最小二乘去做一个加权回归，最后所有回归函数的和作为最终的分类器。

　　LogitBoost算法则和Gentle AdaBoost算法有点相像，不过其每次进行回归拟合的变量z是在不断更新的，Gentle AdaBoost使用的是y。LogitBoost算法步骤如下：

4种boost算法的原理差异

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　　上面4中boost算法，其大体结构都是比较相似的，那么是如何推导出每种算法的具体形式的呢？
　　首先是关于损失函数（或代价函数），通常见到比较多的是均方误差和似然函数，而上面的算法中，Discrete AdaBoost、Real AdaBoost和Gentle AdaBoost算法都是采用对数损失函数，具体形式如下：
$$\begin{aligned} J(F) = Ee^({-yF(x)}) \end{aligned}$$
　　其表达的意义实质上与分类错误个数是相同的。
　　而Logit Boost算法则采用最大化对数似然函数来推导的。
　　第二点是具体优化方法，Discrete AdaBoost与Real AdaBoost主要通过类似梯度下降的方法来优化，而Gentle AdaBoost与Logit Boost都是采用类似牛顿迭代的方式优化的。

算法的效果差异

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　　在前面提到的参考文章中，对几种算法的效果进行了大量比较，大致如下;

1. 整体效果而言，效果由好到差的顺序为Logit Boost，Gentle AdaBoost， Real AdaBoost， Discrete AdaBoost
2. 若弱分类器采用树桩模型（也就是只要2个叶子节点的决策树），Discrete AdaBoost的结果比其他3种算法结果差了很多，大概是由于系统偏差过大导致的泛化误差较大
3. 若弱分类器采用多层的决策树（4或8个叶子节点），Discrete AdaBoost的结果能有较大提升，而其他3种算法则差异不大。

　　平时我们所用的AdaBoost算法大多是Discrete AdaBoost，从这里可以看出Discrete AdaBoost算法模型相对比较简单，需要弱分类器的精确度稍高，因此在具体应用时最好将每个弱分类器的叶子节点控制在4个或8个。
　　关于Boost算法还有很多比较有趣的结论，这里不多讲，可以参考上面的那篇Paper。