贝叶斯优化算法全面解析-图文

合集下载

朴素贝叶斯参数调优-概述说明以及解释

朴素贝叶斯参数调优-概述说明以及解释

朴素贝叶斯参数调优-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述朴素贝叶斯算法作为一种经典的分类算法,在文本分类、垃圾邮件过滤等领域有着广泛的应用。

然而,在实际应用过程中,朴素贝叶斯算法的参数选择对算法性能具有重要影响。

因此,进行朴素贝叶斯算法的参数调优是提高算法性能的关键一环。

本文将介绍朴素贝叶斯算法的基本原理和常用的参数调优方法,同时通过实例分析展示如何根据实际情况选取最优的参数组合。

希望通过本文的阐述,读者能够更深入地了解朴素贝叶斯算法的参数调优过程,从而在实际应用中取得更好的效果。

json{"1.2 文章结构": {"本文将首先介绍朴素贝叶斯算法的基本原理和应用场景,接着详细讨论如何通过参数调优来提高算法性能。

最后,我们将通过一个实例分析来展示参数调优的具体步骤和效果。

本文的目的是帮助读者更好地理解朴素贝叶斯算法,并掌握如何通过调整参数来优化算法表现。

"}1.3 目的在本文中,我们的主要目的是探讨朴素贝叶斯算法中参数调优的方法和技巧。

通过深入研究朴素贝叶斯算法的原理和常见问题,我们希望能够为读者提供一些实用的调优指南,帮助他们更好地应用朴素贝叶斯算法解决实际问题。

通过对朴素贝叶斯算法中参数的调整和优化,我们可以提高模型的准确性和泛化能力,从而更好地满足现实世界中各种复杂的数据分析需求。

同时,本文也将通过实例分析的方式,演示如何在实际的数据集上进行参数调优,帮助读者更直观地理解调优过程和效果。

通过本文的研究和分析,我们希望读者能够更深入地了解朴素贝叶斯算法的优化方法,为他们在数据分析和机器学习领域的工作提供一定的帮助和启发。

同时,我们也希望促进学术界对朴素贝叶斯算法参数调优方面的研究,推动该领域的发展和进步。

2.正文2.1 朴素贝叶斯算法简介朴素贝叶斯算法是一种基于贝叶斯定理和特征条件独立假设的分类算法。

它的基本思想是通过计算给定特征值的类别的概率来进行分类。

(完整版)贝叶斯算法原理分析

(完整版)贝叶斯算法原理分析

贝叶斯算法原理分析Bayes法是一种在已知先验概率与条件概率的情况下的模式分类方法,待分样本的分类结果取决于各类域中样本的全体。

Bayes方法的薄弱环节在于实际情况下,类别总体的概率分布和各类样本的概率分布函数(或密度函数)常常是不知道的。

为了获得它们,就要求样本足够大。

另外,Bayes法要求表达文本的主题词相互独立,这样的条件在实际文本中一般很难满足,因此该方法往往在效果上难以达到理论上的最大值。

1.贝叶斯法则机器学习的任务:在给定训练数据D时,确定假设空间H中的最佳假设。

最佳假设:一种方法是把它定义为在给定数据D以及H中不同假设的先验概率的有关知识下的最可能假设。

贝叶斯理论提供了一种计算假设概率的方法,基于假设的先验概率、给定假设下观察到不同数据的概率以及观察到的数据本身。

2.先验概率和后验概率用P(h)表示在没有训练数据前假设h拥有的初始概率。

P(h)被称为h的先验概率。

先验概率反映了关于h是一正确假设的机会的背景知识,如果没有这一先验知识,可以简单地将每一候选假设赋予相同的先验概率。

类似地,P(D)表示训练数据D的先验概率,P(D|h)表示假设h成立时D的概率。

机器学习中,我们关心的是P(h|D),即给定D时h的成立的概率,称为h的后验概率。

3.贝叶斯公式贝叶斯公式提供了从先验概率P(h)、P(D)和P(D|h)计算后验概率P(h|D)的方法:p(h|D)=P(D|H)*P(H)/P(D) ,P(h|D)随着P(h)和P(D|h)的增长而增长,随着P(D)的增长而减少,即如果D独立于h时被观察到的可能性越大,那么D对h的支持度越小。

4.极大后验假设学习器在候选假设集合H中寻找给定数据D时可能性最大的假设h,h被称为极大后验假设(MAP),确定MAP的方法是用贝叶斯公式计算每个候选假设的后验概率,计算式如下:h_map=argmax P(h|D)=argmax (P(D|h)*P(h))/P(D)=argmax P(D|h)*p(h) (h属于集合H)最后一步,去掉了P(D),因为它是不依赖于h的常量。

数据科学中的贝叶斯多目标优化算法

数据科学中的贝叶斯多目标优化算法

数据科学中的贝叶斯多目标优化算法数据科学在当今社会中扮演着至关重要的角色,它帮助我们从大量的数据中提取有价值的信息,并为决策制定者提供指导。

在数据科学领域中,贝叶斯多目标优化算法被广泛应用于解决复杂的问题。

本文将介绍贝叶斯多目标优化算法的基本原理和应用。

首先,我们来了解一下贝叶斯多目标优化算法的基本原理。

贝叶斯多目标优化算法是一种基于贝叶斯理论的优化方法,它通过建立目标函数的概率模型来寻找最优解。

与传统的单目标优化算法不同,贝叶斯多目标优化算法能够同时优化多个目标函数,从而得到一组最优解,这对于决策制定者来说非常有价值。

贝叶斯多目标优化算法的核心思想是通过不断地观察和学习来更新目标函数的概率模型。

它将目标函数看作是一个随机过程,并利用贝叶斯推断来估计目标函数的后验分布。

通过不断地观察目标函数的输出,算法能够调整模型的参数,从而逐步逼近最优解。

贝叶斯多目标优化算法的应用非常广泛。

在工程领域,它可以用于优化复杂系统的性能。

例如,在电力系统中,我们可以使用贝叶斯多目标优化算法来优化电网的稳定性和可靠性。

在金融领域,它可以用于优化投资组合的回报和风险。

在医疗领域,它可以用于优化治疗方案的效果和副作用。

贝叶斯多目标优化算法的应用还不仅限于传统的领域。

随着人工智能的发展,它在自动驾驶、机器人控制等领域也得到了广泛应用。

例如,在自动驾驶汽车中,贝叶斯多目标优化算法可以用于优化车辆的燃油效率和安全性。

然而,贝叶斯多目标优化算法也面临一些挑战。

首先,它需要对目标函数的概率模型进行建模,这对于复杂的问题来说是非常困难的。

其次,算法的计算复杂度较高,需要大量的计算资源和时间。

此外,算法的结果高度依赖于初始条件的选择,不同的初始条件可能会导致不同的最优解。

为了克服这些挑战,研究人员正在不断改进贝叶斯多目标优化算法。

一种常见的改进方法是使用近似推断技术来简化模型的计算。

例如,人们可以使用变分推断来近似目标函数的后验分布,从而减少计算复杂度。

贝叶斯优化算法

贝叶斯优化算法

贝叶斯优化算法
贝叶斯优化算法是一种针对黑盒优化问题的高效优化算法。

它通过连续地探索参数空间并利用贝叶斯推断来确定下一步的探索方向,从而不断优化目标函数。

相比于其他优化算法,贝叶斯优化算法具有较高的效率和精度,可以在较少的尝试次数内找到全局最优解。

贝叶斯优化算法主要应用于深度学习、机器学习、神经网络等领域中的参数优化问题。

通过不断地尝试不同的参数组合,贝叶斯优化算法可以自动地确定最优参数组合,从而提高模型的性能和效率。

贝叶斯优化算法的核心理念是利用历史数据和贝叶斯推断来预
测下一步的最优方向。

具体来说,它将目标函数看作一个随机过程,利用先验知识和历史数据不断更新后验概率分布,从而确定下一步的最优参数组合。

总之,贝叶斯优化算法是一种高效、精确的优化算法,特别适用于黑盒优化问题。

它已经被广泛应用于深度学习、机器学习、神经网络等领域中的参数优化问题,为研究者和工程师在实际问题中提供了一种有效的工具。

- 1 -。

十大经典算法朴素贝叶斯讲解PPT

十大经典算法朴素贝叶斯讲解PPT


在人工智能领域,贝叶斯方法是一种非常具有 代表性的不确定性知识表示和推理方法。
贝叶斯定理:

P(A)是A的先验概率或边缘概率。之所以称为“先验”是因为它不考 虑任何B方面的因素。 P(A|B)是已知B发生后A的条件概率,也由于得自B的取值而被称 作A的后验概率。 P(B|A)是已知A发生后B的条件概率,也由于得自A的取值而被称 作B的后验概率。 P(B)是B的先验概率或边缘概率,也作标准化常量(normalized constant).
购买电脑实例:

购买电脑实例:
P(X | buys_computer = “no”) P(buys_computer = “no”) = 0.019×0.357 = 0.007

因此,对于样本X,朴素贝叶斯分类预测 buys_computer =”yes” 特别要注意的是:朴素贝叶斯的核心在于它假设向量 的所有分量之间是独立的。
扩展:


该算法就是将特征相关的属性分成一组,然后假设不 同组中的属性是相互独立的,同一组中的属性是相互 关联的。 (3)还有一种具有树结构的TAN(tree augmented naï ve Bayes)分类器,它放松了朴素贝叶斯中的独 立性假设条件,允许每个属性结点最多可以依赖一个 非类结点。TAN具有较好的综合性能。算是一种受限 制的贝叶斯网络算法。
Thank you!
贝叶斯算法处理流程:
第二阶段——分类器训练阶段: 主要工作是计算每个类别在训练样本中出现 频率以及每个特征属性划分对每个类别的条件 概率估计。输入是特征属性和训练样本,输出 是分类器。 第三阶段——应用阶段:

Hale Waihona Puke 这个阶段的任务是使用分类器对待分类项进行分类 ,其输入是分类器和待分类项,输出是待分类项与类 别的映射关系。

贝叶斯超参数优化-图文

贝叶斯超参数优化-图文
Bayesian Hyperparameter Optimization for Machine
Learning
什么是超参数优化
• 机器学习中超参数优化的目的是找到给定机器学习算法的超参数,以返回在 验证集上测量的最佳性能。
• 比如:随机森林中树的个数
• 简单地说,我们希望找到在验证集指标上获得最佳分数的模型超参数。
• 在随机搜索和网格搜索的情况下,我们搜索的超参数域是一个网 格。上面是一个随机森林的例子
Objective Function
• 目标函数就是问题的评估。 • 计算起来较为昂贵
代理模型
代理函数有几种不同的形式,包括
高斯过程和随机森林回归,树
结构Parzen估计器。
这些方法在构造代理函数的方式上 有所不同,稍后我们将对此进行解 释。首先我们需要讨论选择函数。
其它超参数优化方法
• 《Population Based Training of Neural Networks》
• 思想朴素,但是应用广泛。
• Multi-Agent
• 比如第一视角多人游戏(Quake III Arena Capture the Flag)的超人表现,NeurIPS2018首届多智能 体竞赛(The NeurIPS 2018 Pommerman Competition)的冠军算法,DeepMind团队ICLR 2019 conference paper的2V2足球,甚至星际争霸II里的AlphaStar,都运用了类似方法。
超参数 • 由算法用于更新代理模型的(分数、超参数)对组成的历史记录
Domain
• hyperparameter_grid = { • 'n_estimators': [100, 200, 300, 400, 500, 600], • 'max_depth': [2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40], • 'min_samples_leaf': [1, 2, 3, 4中的序列优化过程只有一个模型在不断优化,消耗大量时间。(b)中的并行搜索可以节省 时间,但是相互之间没有任何交互,不利于信息利用。(c)中的PBT算法结合了二者的优点 。

贝叶斯分类器经典讲解图文

贝叶斯分类器经典讲解图文

xx年xx月xx日
贝叶斯分类器经典讲解图文
CATALOGUE
目录
贝叶斯分类器概述贝叶斯分类器原理与技术贝叶斯分类器优化方法贝叶斯分类器实践技巧贝叶斯分类器与其他机器学习算法的比较贝叶斯分类器经典案例分析
贝叶斯分类器概述
01
定义与特点
适用性强:适用于文本、图像、声音等多种类型数据。
简单高效:算法逻辑简单,训练和分类过程高效。
高斯贝叶斯分类器
基于多项式分布假设,对特征进行建模并完成分类。
原理
特征符合多项式分布或存在交叉项,数据存在噪声。
适用场景
对特征交叉项有较好的处理能力,对噪声有一定的鲁棒性。
优势
多项式贝叶斯分类器
将贝叶斯分类器与决策树算法相结合,通过树结构对特征进行选择和组合。
原理
适用场景
优势
特征之间存在依赖关系,需要特征选择和组合。
图像分类概述:图像分类是将图像按照不同的类别进行划分的一种计算机视觉技术。
图像分类流程:图像预处理、特征提取、模型训练、分类和评估。
贝叶斯分类器在图像分类中的应用:人脸识别、物体检测、场景分类等。
贝叶斯分类器原理:对于每一个像素,利用贝叶斯定理来计算其属于某一类别的概率,并以此作为该像素的标签。
利用贝叶斯分类器进行图像分类
超参数优化
通过交叉验证和网格搜索等方式寻找最优超参数组合
参数优化
先验概率优化
根据数据分布情况调整先验概率,提高分类器性能
噪声处理
通过引入噪声模型对数据进行预处理,提高分类器鲁棒性
通过集成多个贝叶斯分类器,提高分类准确率和泛化性能
多个分类器融合
将贝叶斯算法与其他机器学习算法进行融合,实现优势互补

(完整版)贝叶斯算法原理分析

(完整版)贝叶斯算法原理分析

贝叶斯算法原理分析Bayes法是一种在已知先验概率与条件概率的情况下的模式分类方法,待分样本的分类结果取决于各类域中样本的全体。

Bayes方法的薄弱环节在于实际情况下,类别总体的概率分布和各类样本的概率分布函数(或密度函数)常常是不知道的。

为了获得它们,就要求样本足够大。

另外,Bayes法要求表达文本的主题词相互独立,这样的条件在实际文本中一般很难满足,因此该方法往往在效果上难以达到理论上的最大值。

1.贝叶斯法则机器学习的任务:在给定训练数据D时,确定假设空间H中的最佳假设。

最佳假设:一种方法是把它定义为在给定数据D以及H中不同假设的先验概率的有关知识下的最可能假设。

贝叶斯理论提供了一种计算假设概率的方法,基于假设的先验概率、给定假设下观察到不同数据的概率以及观察到的数据本身。

2.先验概率和后验概率用P(h)表示在没有训练数据前假设h拥有的初始概率。

P(h)被称为h的先验概率。

先验概率反映了关于h是一正确假设的机会的背景知识,如果没有这一先验知识,可以简单地将每一候选假设赋予相同的先验概率。

类似地,P(D)表示训练数据D的先验概率,P(D|h)表示假设h成立时D的概率。

机器学习中,我们关心的是P(h|D),即给定D时h的成立的概率,称为h的后验概率。

3.贝叶斯公式贝叶斯公式提供了从先验概率P(h)、P(D)和P(D|h)计算后验概率P(h|D)的方法:p(h|D)=P(D|H)*P(H)/P(D) ,P(h|D)随着P(h)和P(D|h)的增长而增长,随着P(D)的增长而减少,即如果D独立于h时被观察到的可能性越大,那么D对h的支持度越小。

4.极大后验假设学习器在候选假设集合H中寻找给定数据D时可能性最大的假设h,h被称为极大后验假设(MAP),确定MAP的方法是用贝叶斯公式计算每个候选假设的后验概率,计算式如下:h_map=argmax P(h|D)=argmax (P(D|h)*P(h))/P(D)=argmax P(D|h)*p(h) (h属于集合H)最后一步,去掉了P(D),因为它是不依赖于h的常量。

贝叶斯算法(bayesian)介绍

贝叶斯算法(bayesian)介绍

当新到一封邮件时,按照步骤2,生成TOKEN串。查 询hashtable_probability得到该TOKEN 串的键值。 假设由该邮件共得到N个TOKEN 串, t1,t2…….tn,hashtable_probability中对应的值为 P1 , P2 , ……PN , P(A|t1 ,t2, t3……tn) 表示在邮件中 同时出现多个TOKEN串t1,t2……tn时,该邮件为垃 圾邮件的概率。

贝叶斯过滤算法举例
计算得在本表中: “法”出现的概率为 0.3 “轮”出现的概率为 0.3 “功”出现的概率为 0.3

贝叶斯过滤算法举例
根据邮件B生成hashtable_good,该哈希 表中的记录为: 法: 1 次 律: 1 次 计算得在本表中: “法”出现的概率为 0.5 “律”出现的概率为 0.5

2. 提取邮件主题和邮件体中的独立字符 串,例如 ABC32,¥234等作为TOKEN 串并统计提取出的TOKEN串出现的次 数即字频。按照上述的方法分别处理垃 圾邮件集和非垃圾邮件集中的所有邮件。
贝叶斯过滤算法的主要步骤

3. 每一个邮件集对应一个哈希表, hashtable_good对应非垃圾邮件集而 hashtable_bad对应垃圾邮件集。表中存 储TOKEN串到字频的映射关系。

贝叶斯过滤算法举例
出现“功”时,该邮件为垃圾邮件的概率 为: P = 0.3/ ( 0.3 + 0 ) = 1

出现“律”时,该邮件为垃圾邮件的概率 为: P = 0/ ( 0 + 0.5 ) = 0

贝叶斯过滤算法举例
由此可得第三个哈希表 hasቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtable_probability ,其数据为: 法: 0.375 轮: 1 功: 1 律: 0

贝叶斯分类器经典讲解图文

贝叶斯分类器经典讲解图文
定义:贝叶斯分类器是一种基于贝叶斯定理与特定的特征条件独立假设的分类方法。
特点
利用贝叶斯分类器对邮件进行分类,将垃圾邮件与正常邮件分开。
垃圾邮件识别
对文本进行分类,例如新闻分类、情感分析等。
文本分类
识别图像中的物体,例如人脸识别、物体检测等。
图像识别
贝叶斯分类器的应用场景
贝叶斯分类器的基本原理
基于贝叶斯定理
优点基于高斯分布的假设,能够处理连续型特征,具有广泛的适用性算法流程简单、易于实现对于小规模数据集,表现良好缺点对于不同类型的数据特征,需要调整模型以符合其分布特性在处理大规模数据集时,算法的效率和效果可能会下降假定特征之间相互独立,但实际情况可能并非如此,导致模型性能受到限制
高斯朴素贝叶斯优缺点
01
02
03
例如,对自然图片进行分类,或者对人脸进行性别和年龄分类。
静态图像分类
例如,对视频进行行为识别和分类,或者对车流量进行监测和分类。
动态图像分类
图像分类任务
例如,将演讲或音频文件转换成文字。
语音识别任务
语音转文字
例如,通过声音识别不同的人,或者对音频文件进行情感分析。
声纹识别
例如,识别用户的语音指令,实现智能家居的控制等。
使用交叉验证评估模型性能
调整模型参数
模型评估与调优
案例分析
06
文本分类任务
短文本分类
例如,对微博、新闻评论的情感分析进行分类,或者对专业领域的文章进行分类。
长文本分类
例如,对小说、论文等长篇文档进行主题分类。
文本多标签分类
例如,对一条新闻进行多个主题的标注,或者对一篇文章进行多个情感倾向的标注。
EM算法由两个步骤组成:E步骤(Expectation step)和M步骤(Maximization step)。

贝叶斯优化(BayesianOptimization)只需要看这一篇就够了,算法到python实现

贝叶斯优化(BayesianOptimization)只需要看这一篇就够了,算法到python实现

贝叶斯优化(BayesianOptimization)只需要看这⼀篇就够了,算法到python实现贝叶斯优化(BayesianOptimization)1 问题提出神经⽹咯是有许多超参数决定的,例如⽹络深度,学习率,正则等等。

如何寻找最好的超参数组合,是⼀个⽼⼈靠经验,新⼈靠运⽓的任务。

穷举搜索 Grid Search 效率太低;随机搜索⽐穷举搜索好⼀点;⽬前⽐较好的解决⽅案是贝叶斯优化1.1 贝叶斯优化的优点贝叶斯调参采⽤⾼斯过程,考虑之前的参数信息,不断地更新先验;⽹格搜索未考虑之前的参数信息贝叶斯调参迭代次数少,速度快;⽹格搜索速度慢,参数多时易导致维度爆炸贝叶斯调参针对⾮凸问题依然稳健;⽹格搜索针对⾮凸问题易得到局部优最2 详细算法3 python实现3.1 贝叶斯初步优化这⾥本来想⽤kaggle的lgb贝叶斯优化,但是对新⼿不太友好,就使⽤1. 安装pip install bayesian-optimization2. 准备⼯作(使⽤随机森林作为模型进⾏参数优化)from sklearn.datasets import make_classificationfrom sklearn.ensemble import RandomForestClassifierfrom sklearn.cross_validation import cross_val_scorefrom bayes_opt import BayesianOptimization# 产⽣随机分类数据集,10个特征, 2个类别x, y = make_classification(n_samples=1000,n_features=10,n_classes=2)sklearn.cross_validation 已经废弃,改为:sklearn.model_selection不调参数的结果:rf = RandomForestClassifier()print(np.mean(cross_val_score(rf, x, y, cv=20, scoring='roc_auc')))>>> 0.9651623. 贝叶斯优化先要定义⼀个⽬标函数。

贝叶斯分类器经典讲解图文

贝叶斯分类器经典讲解图文

VS
原理
基于贝叶斯定理,通过已知的样本数据, 计算出各个类别的概率,然后根据新的特 征向量,计算出各个类别的概率,选取最 大概率的类别作为分类结果。
高斯朴素贝叶斯分类器的优缺点
简单、易于理解和实现。
优点
对于小数据集表现良好。
高斯朴素贝叶斯分类器的优缺点
• 对于文本分类问题,特征提取简单且有效。
高斯朴素贝叶斯分类器的优缺点
案例四:手写数字识别
总结词
使用贝叶斯分类器进行手写数字识别
VS
详细描述
手写数字识别是图像处理领域的应用之一 。贝叶斯分类器可以通过对手写数字图像 的特征提取,如边缘检测、纹理分析等, 将手写数字分为0-9的不同数字类别。
案例五:疾病预测
总结词
使用贝叶斯分类器进行疾病预测
详细描述
疾病预测是医疗领域的重要应用。贝叶斯 分类器可以通过对患者的个人信息,如年 龄、性别、病史、生活习惯等进行分析, 预测患者患某种疾病的风险,为早期诊断 和治疗提供参考。
原理
贝叶斯分类器基于贝叶斯定理,通过计算每个数据点属于每个类别的概率,将数据点分配到概率最大的类别中 。它假设每个数据点是独立的,不考虑数据点之间的关联性。
贝叶斯分类器的特点
概率性
贝叶斯分类器基于概率模型进行分类,能 够处理不确定性和随机性。
独立性
贝叶斯分类器假设每个数据点是独立的, 不考虑数据点之间的关联性。
案例二:客户信用评分
总结词
使用贝叶斯分类器进行客户信用评分
详细描述
客户信用评分是银行业务中的重要环节。贝叶斯分类器可以通过对客户信息的分析,如年龄、职业、收入等, 对客户信用进行评分,帮助银行判断客户的信用等级。
案例三:文本分类

贝叶斯算法PPT

贝叶斯算法PPT
有腿

类别 哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物 哺乳动物 非哺乳动物
类别

Q2 分类问题
税号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 去年退税 是 否 否 是 否 否 是 否 否 否 婚姻状况 单身 婚姻中 单身 婚姻中 离婚 婚姻中 离婚 单身 婚姻中 单身 可征税收入 125k 100k 70k 120k 95k 60k 220k 85k 75k 90k 逃税 否 否 否 否 是 否 否 是 否 是
2、获取训练样本 这里使用运维人员曾经人工检测过的1万个账号作为训练样本。
3、计算训练样本中每个类别的频率 用训练样本中真实账号和不真实账号数量分别除以一万,得到:
P(C = 0) = 8900/10000 = 0.89 P(C = 1) = 1100/10000 = 0.11
4、计算每个类别条件下各个特征属性划分的频率 P(a1<=0.05| C = 0) = 0.3 P(0.05<a1<0.2|C = 0) = 0.5 P(a1>0.2| C = 0) = 0.2 P(a2<=0.1| C = 0) = 0.1 P(0.1<a2<0.8 | C=0) = 0.7 P(a2>0.8| C = 0) = 0.2 P(a3 = 0|C = 0) = 0.2 P(a3 = 0|C = 1) = 0.9 P(a1<=0.05| C = 1) = 0.8 P(0.05<a1<0.2| C = 1) = 0.1 P(a1>0.2| C = 1) = 0.1 P(a2<=0.1| C = 1) = 0.7 P(0.1<a2<0.8 | C=1) = 0.2 P(a2>0.8| C = 0) = 0.1 P(a3 = 1|C = 0) = 0.8 P(a3 = 1|C = 1) = 0.1

贝叶斯优化算法原理

贝叶斯优化算法原理

贝叶斯优化算法原理及其应用贝叶斯优化算法(Bayesian Optimization)是一种基于概率论的黑盒优化算法,它能有效地利用历史结果对复杂的函数进行学习、优化和参数调整。

贝叶斯优化技术常常用于优化超参数搜索、机器学习中的模型训练、Google下载速度优化等诸多应用场景。

本文将从贝叶斯优化算法的原理、方法以及应用出发,进行介绍。

什么是贝叶斯优化?贝叶斯优化是一种针对优化函数结果未知的黑盒优化算法,它可以借助预先得到的样本点利用概率理论推断出这个优化函数的行为。

借助这种能量,贝叶斯优化可以根据历史结果,计算出一种模型,以此来帮助用户优化目标函数。

贝叶斯优化的原理有三层:第一层是模型,它是计算优化函数,得出一个表示可能结果的概率分布,模型有一元多项式回归模型、gam回归模型、神经网络模型等;第二层是参数,它是优化函数的参数,也是贝叶斯优化的优化目标,由参数反映出计算出的模型;第三层是策略,它是优化运算过程中的核心,根据策略的设计,决定算法的探索和收敛的方向。

对于贝叶斯优化,可以通过不同的策略来优化参数,主要有随机搜索、局部搜索、梯度式搜索等。

每种方法有各自的优缺点,可以根据实际应用不同的策略来实现目标:随机搜索是指随机选择超参数,具有简单快速的特点,但是比较容易发散;局部搜索是从某一点出发向周围做参数搜索,这种方法可以避免搜索空间过大而找不到最优解;梯度式搜索是基于梯度下降的优化方案,它可以更快地搜索到参数的最优点,但是需要更多的计算资源。

贝叶斯优化算法在实际应用中有着广泛的应用,比如机器学习中使用贝叶斯优化可以检索出最好的模型参数,也可以优化机器学习的超参数;同时贝叶斯优化也可以应用在自动调参、路线优化、Google 以及其他公司下载速度优化等方面。

贝叶斯优化算法因其便捷、快速对复杂函数优化以及其应用场景的丰富而受到了研究者的青睐。

在未来,贝叶斯优化算法将会深入发挥它的作用,为机器学习的领域和实际应用的开发带来更多的惊喜。

贝叶斯优化原理

贝叶斯优化原理

贝叶斯优化原理贝叶斯优化原理是概率论的一种重要基础,它的作者,18世纪的英国数学家Thomas Bayes,用以推断一个未知概率分布的参数。

贝叶斯优化是根据贝叶斯定理有效和正确搜索最优参数的一种搜索方法,它可以提高模型训练和推断的效率,并且更有利于使用数据进行预测。

贝叶斯优化原理在许多领域都有广泛的应用,例如机器学习、人工智能、统计学等领域。

它通常用来搜索最优解,以优化模型的参数或者预测未来。

贝叶斯优化的实现算法一般有基于穷举的搜索法和基于迭代的搜索法,这些算法在各种时间、空间复杂度等方面都有不同的优势。

贝叶斯优化可以借助概率模型来表示搜索过程中的不确定性,从而实现更高效的模型优化。

概率模型可以解决复杂的优化问题,使搜索算法更有效地发挥作用,同时可以有效减少解决优化问题所需要的计算量。

此外,贝叶斯优化也可以用于机器学习系统中,借助贝叶斯优化,可以建立有效的机器学习模型,从而更有效地利用数据实现模型的改进和优化。

贝叶斯优化可以用于许多机器学习算法,如支持向量机、神经网络和传统分类器。

最后,贝叶斯优化也可以用于改进复杂的深度学习模型,从而实现更高的模型性能。

贝叶斯优化可以自动生成可以更有效地最优化模型的参数,而无需人为干预,同时可以有效地减少模型训练和推断的时间。

贝叶斯优化在深度学习中的应用可以给模型引入新的性能加速器,从而提高深度学习模型的性能。

总的来说,贝叶斯优化原理是提高模型性能的重要方法之一,它不仅可以有效减少优化过程中搜索的时间和计算量,而且可以有效地建立有效的模型,使其在实际应用中得到更好的效果。

贝叶斯优化可以应用于机器学习架构中,改进深度学习模型,从而实现更高精度、快速收敛的优化结果。

贝叶斯全局优化

贝叶斯全局优化

贝叶斯全局优化训练⼀个模型时⼤家都需要⾯对⼀个问题:参数优化。

通常,我们做参数优化时都会先导出⼀个cost function,然后通过调整参数值来最⼤化或最⼩化这个cost function。

这个过程听起来很简单,但真的做起来是个剧恶⼼的体⼒活!⽐⽅说你要⽤梯度⽅法做优化,得求⼀阶导⼆阶导吧,求得半死不活之后还得⾃⼰⽤代码实现,敲完代码然后调⽤⼀遍梯度下降⽅法,结果跑到⼀半,程序挂了,⼀⼤波数值异常排着队的往外蹦,啥矩阵不正定啦,根号⾥对数⾥分母上数字太接近0啦,想想就⼼塞。

那我们不⽤梯度⽅法呗,改⽤蒙特卡洛采样吧,⼜是⼀堆破事,采样分布咋取,proposal distribution咋设,收敛性如何,⽽且实现细节上⾮常主观,采样程序跑的还慢,真过分!更恶⼼的情况是,模型可能没有⼀个显式的表达式,或者这个模型不是⾃⼰写的,完全不知道⾥⾯是如何实现的,这种情况下做参数优化简直是强⼈所难。

诶,宝宝⼼⾥苦,但宝宝不说。

但是,今天我们要说的⼀个参数优化的⽅法可以让你轻松学习出⼀个健壮的模型,完全不⽤担⼼前⾯吐槽的种种问题。

这个⽅法叫做贝叶斯优化,英⽂是Bayesian Optimization。

贝叶斯优化是专门优化不知道表达式的函数的,也就是说这个函数写不出y=ax+b的样⼦。

你可能会问,都写不出来表达式那咋表⽰这个函数呢? 别着急,虽然他写不出表达式,但每给出⼀个输⼊x,他可以算出⼀个输出y。

当我们有了很多采样到的(x,y)数据对时,我们⼤致可以知道函数的形态,然后找到函数的最值。

但是,优化⼀个不知道表达式的函数和优化⼀个已知表达式的函数有着很⼤上的区别,他的⽬标不仅仅是找到函数最值,⽽是要达到两个⽬标:1 学习这个函数的形态2 找到学习出的函数的最值这⾥⽬标⼀也是完成最优化的⼀个环节,因为不知道函数形态,那还咋找最值。

但这个⽬标⼀和⽬标⼆是相互⽭盾的。

我们举个栗⼦来说明下这两个⽬标之间的⽭盾性。

假使我刚来到⼀个新的城市,现在想要找到这个城市⾥最喜爱的餐厅。

贝叶斯公式算法 ppt课件

贝叶斯公式算法 ppt课件
第七节 贝叶斯公式
全概率公式和贝叶斯公式主要用于 计算比较复杂事件的概率, 它们实质上 是加法公式和乘法公式的综合运用.
综合运用
加斥
乘法公式 P(AB)= P(A)P(B|A)
P(A)>0
精品资料
• 你怎么称呼老师? • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你
解:记 Ai={球取自i号箱},
i=1,2,3; B ={取得红球}
12 3
B发生总是伴随着A1,A2运,用A加3 之法公一式同得时发生,
即 B= A1B+A2B+A3B,
且 A1B、A2B、A3B两两互斥
P(B)=P( A1B)+P(A2B)+P(A3B)
P(B)=P( A1B)+P(A2B)+P(A3B)
n
P(B) P( Ai )P(B|Ai )
i 1
在一些教科书中,常将全概率公式叙述为:
全概率公式:
设S为随机试验的样本空间,A1,A2,…,An是 两两互斥的事件,且有P(Ai)>0,i =1,2,…,n,
n Ai S, 则对任一事件B,有
i 1 n
P(B) P( Ai )P(B|Ai )
求解如下: 设 A={知道答案}, B={选则正确},由题意可知:
P(B | A) 1 , P(B | A) 1, P(AB) P(A) p 5
由全概率公式:
P(B) P(B | A)P(A) P(B | A)P(A)
p 1 (1 p) 4 p 1
5
5
得到:
P(A | B) P(AB) 5 p P(B) 4 p 1
贝叶斯公式在实际中有很多应用,它
可以帮助人们确定某结果(事件 B)发生 的最可能原因.

贝叶斯优化 参数拟合

贝叶斯优化 参数拟合

贝叶斯优化参数拟合1 什么是贝叶斯优化贝叶斯优化(Bayesian Optimization)是一种基于贝叶斯思想的全局优化算法。

该算法在寻找最优化问题时,采用可调参数的概率模型进行建模,利用随机抽样来实现模型的更新和优化。

在机器学习和参数优化领域中,贝叶斯优化算法被广泛应用。

2 贝叶斯优化实现参数拟合的过程贝叶斯优化算法可以被用来解决参数拟合问题。

参数拟合问题是指在拟合数学模型时,需要调整模型参数的过程。

在这个过程中,调整参数时,往往会涉及到参数的取值范围、目标函数以及其他限制条件。

如何快速找到最优参数组合是参数拟合的核心问题,而贝叶斯优化算法能够提供一个高效且全局的求解方案。

下面我们来看具体实现过程:2.1 建立目标函数模型目标函数模型是参数拟合问题中的核心问题。

该模型应该描述原始的目标函数,紧随而来的是该函数在不同参数组合下的表现。

一般来说,我们可以从以下几个方面入手,来构建目标函数模型:- 采集数据。

通过实验来获取数据,并对数据进行处理,得到描述目标函数的数据集。

- 选择参数和参数取值范围。

参数的数量和参数取值范围的大小影响着参数搜索的复杂度,参数的个数越多,取值范围越大,搜索就越耗时。

因此,我们需要在参数空间内进行有限的搜索,来减少搜索空间的大小。

- 设计基本模型。

选择一种基本模型来描述目标函数。

例如,线性回归等。

- 对基本模型进行拓扑。

在上个步骤中,我们只是得到了一个函数。

而我们在优化过程中需要得到的是该函数的泛化能力。

因此我们需要把该函数进行进一步拓扑,以得到一个最佳的模型。

2.2 建立超参模型在目标函数模型的基础上,我们需要建立一个超参模型。

超参模型模拟了模型参数和参数取值在目标函数上的表现。

超参模型提供了调整目标函数模型参数的指导,而为了得到超参模型,需要采用贝叶斯模型进行拟合。

如何构建超参模型呢?以下是一些步骤的介绍:- 设计参数空间。

根据目标函数模型中的参数,构建一个参数空间。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Bayesian Optimization CSC2541 - Topics in Machine LearningScalable and Flexible Models of UncertaintyUniversity of Toronto - Fall 2017Overview1.Bayesian Optimization of Machine Learning Algorithms2.Gaussian Process Optimization in the Bandit Setting3.Exploiting Structure for Bayesian OptimizationBayesian Optimization of Machine Learning Algorithms J. Snoek, A. Krause, H. Larochelle, and R.P. Adams (2012)Practical Bayesian Optimization of Machine Learning AlgorithmsJ. Snoek et al. (2015)Scalable Bayesian Optimization Using Deep Neural NetsPresentation by: Franco Lin, Tahmid Mehdi, Jason LiMotivationPerformance of Machine Learning algorithms are usually dependent on the choice of hyperparametersPicking the optimal hyperparameter values are hard-Ex. grid search, random search, etc.-Instead could we use a model to select which hyperparameters will be good next?Bayes Opt. of Machine Learning Algorithms-Bayesian Optimization uses all of the information from previous evaluations and performs some computation to determine the next point to try-If our model takes days to train, it would be beneficial to have a well structured way of selecting the next combination of hyperparameters to try-Bayesian Optimization is much better than a person finding a good combination of hyperparametersBayesian OptimizationIntuition:We want to find the peak of our true function (eg. accuracy as a function of hyperparameters)To find this peak, we will fit a Gaussian Process to our observed points and pick our next best point where we believe the maximum will be.This next point is determined by an acquisition function - that trades of exploration and exploitationBayesian Optimization TutorialBayesian Optimization Tutorialthat maximizes acquisition function Find the next best point xnBayesian Optimization TutorialEvaluate ƒ at the new observation xand update posteriornUpdate acquisition function from new posterior and find the next best pointAcquisition Function Intuition-We will use the acquisition functionProbability of Improvement (PI) asan example.-We want to find the point with thelargest area above our best value-This corresponds to the maximumof our acquisition functionAcquisition Functions-Guides the optimization by determining which point to observe next and is easier to optimize to find the next sample pointProbability of Improvement (PI)Expected Improvement (EI)GP-Upper/Lower Confidence Bound (GP-UCB/LCB)The Prior-Power of Gaussian Process depends on covariance function-For optimization, we don’t want kernels that produce unrealistically smooth sample functions-Automatic Relevance Determination (ARD) Matern 5/2 kernel is a good choiceKernel HyperparametersMarginalize over hyperparameters and compute integrated acquisition functionApproximate integral with Monte Carlo methodsConsiderations for Bayes Opt-Evaluating f may be time-consuming-Modern optimization methods should take advantage of multi-core/parallel programmingExpected Improvement per Second-Evaluating f will take longer in some regions of the parameter space-We want to pick points that are likely to be good and evaluated quickly -Let c(x) be the duration time to evaluate f(x)-Use GP to model ln[c(x)]-we can compute predicted expected inverse duration which allows us to obtain the EI per Second as a function of xParallelizing Bayes Opt-Can we determine which x to evaluate next, while other points are being evaluated?-Idea: Utilize tractable properties of GP to get Monte Carlo estimates of acquisition function under different results from pending function evaluationsConsider the case where N evaluations have completed, with data {xn ,yn}n=1N, and Jevaluations are pending {xj }j=1JParallelization Example-We’ve evaluated 3 observations and 2are pending {x 1,x 2}-Fit a model for each possible realizationof {f(x 1), f(x 2)}-Calculate acquisition for each model -Integrate all acquisitions over xResults●Branin-Hoo●Logistic Regression MNIST ●Online LDA●M3E●CNN CIFAR-10Logistic Regression - MNISTCIFAR-10●3-layer conv-net●Optimized over○Number of epochs○Learning rate○L2-norm constants ●Achieved state of the art○9.5% test errorGP Bayesian Optimization - Pros and Cons●Advantages○Computes the mean and variance●Disadvantages○Function evaluation is cubic on the number of inputsScalable Bayesian Optimization Using Deep Neural Networks●Replace a Gaussian Process with a Bayesian Neural Network●Use a deterministic neural network with Bayesian linear regression onthe last hidden layer●More accurately, use Bayesian linear regression with basis functions○DNN: R k -> R d○Bayesian linear regression: R d -> R○k is the dimensionality of the input, and d is the number of hidden units in the last layerBayesian Linear Regression●Still requires an inversion●Linear in the number of observations●Cubic in the basis function dimension or number of hidden units, DResultsGaussian Process Optimization in the Bandit SettingN. Srinivas, A. Krause, S. Kakade, and M. Seeger (2010)Gaussian process optimization in the bandit setting: No regret and experimental design Presentation by: Shadi Zabad, Wei Zhen Teoh, Shuja KhalidThe Bandits are Back!-We just learned about some exciting newtechniques for optimizing black box functions.Can we apply them to the classic multi-armedbandit problem?-In this case, we’d like to optimize the unknownreward function.Credit: D. Tolpin at ECAI 2012Cost-bounded Optimization-In the bandit setting, the optimization procedure is cost-sensitive: There’s a cost incurred each time we evaluate the function.-The cost is proportional to how far the point is from the point of maximum reward.-Therefore, we have to optimize the reward function while minimizing the cost incurred along the way.An Infinite Number of Arms-The multi-armed bandit algorithms and analyses we’ve seen so farassumed a discrete decision space (e.g. a decision space wherewe have K slot machines).-However, in Gaussian Process optimization, we’d like to considercontinuous decision spaces.-And in this domain, some of the theoretical analyses that wederived for discrete decision spaces can’t be extended in astraightforward manner.Credit: @Astrid, CrossValidatedMulti-armed Bandit Problem: Recap -The basic setting : We have a decision space that’sassociated with anunknown reward function .-Discrete examples: Slot machines at a casino, drug trials.-Continuous examples : Digging for oil or minerals, robotmotion planning.-In this setting, a “policy ” is a procedure for exploringthe decision space. An optimal policy is defined as aprocedure which minimizes a cost measure. The mostcommon cost measure is the “regret ”.Credit: Intelligent Motion Lab (Duke U)Credit: Gatis GribustsA Measure of Regret-In general terms, regret is defined as “the loss in reward due to not knowing” the maximum pointsbeforehand.-We can formalize this notion with 2 concepts:-Instantaneous regret (r t): the loss in reward at step t: r t = f(D max) - f(D t)-Cumulative regret (R T): the total loss in reward after T steps:R T = ∑r tMinimizing Regret: A Tradeoff-As we have seen before, we can define policies thatbalance exploration and exploitation. Some of thepolicies we’ve looked at are:-Epsilon-greedy-Thompson sampling-Upper Confidence Bound (UCB)-Some of these policies perform better than othersin minimizing the average regret over time.Average Regret = R T / TCredit: Russo et al., 2017Asymptotic Regret-We can also look at the cumulative or average regret measure as the number of iterations goes toinfinity.-An algorithm is said to be no-regret if its asymptoticcumulative regret rate is sublinear with respect to T (i.e. the number of iterations)sqrt(T) and log(T) are examples of sublinear regret rates w.r.t. T.Why is Asymptotic Regret Important?-In real world applications, we know neitherinstantaneous nor average regret. So, whyare we concerned with characterizing theirasymptotic behavior?-Answer: Bounds on the average regret tellus about the convergence rate (i.e. how fastwe approach the maximum point) of theoptimization algorithm.Credit: N. de Freitas et al., 2012Regret Bounds in Discrete Decision Spaces-In the previous lecture, we discussed asymptotic regret in discrete decision spaces where we have K slot machines or drug trials.-We also looked at theorems by Auer et al. that derive an upper bound on the regret rate for the UCB algorithm in discrete settings.Dani et al. 2008“In the traditional K-arm bandit literature, the regret is often characterized for a particular problem in terms of T, K, and problem dependent constants . In the K-arm bandit results of Auer et al. [2002], this problem dependent constant is the ‘gap’ between the loss of the best arm and the second best arm.”Regret Bounds in Continuous Decision Spaces-Dani et al.** extended Auer et al.’s theoretical results to continuous decision spaces and proved upper and lower regretbounds for the UCB algorithm.-However, their method places restrictions on the types of reward functions considered, primarily: The functions are defined overfinite-dimensional linear spaces.** Dani, V., Hayes, T. P., and Kakade, S. M. Stochastic linear optimization under bandit feedback. In COLT, 2008.Infinite-dimensional Functions-Srinivas et al. propose to relax some of the restrictionsof Dani et al.’s analysis and extend the results torandom, infinite-dimensional functions.-Earlier in the semester, we learned about a method forgenerating such classes of functions: GaussianProcesses.-Idea: Assuming the target reward function is sampledfrom a Gaussian Process, try to optimize it usingGP-UCB.-How to derive regret bounds for those classes ofCredit: Duvenaud, The Kernel Cookbook functions?Using Information Gain To Derive Regret BoundsInformation GainRecall Mackay (1992) paper: Information gain can be quantified as change in entropy In this context: Information gain =entropy in prior - entropy in posterior after y A sampled = H(f) - H( f | y A )= I(f; y A ), mutual information between f and observed y A=I(y A ; f) = H(y A ) - H( y A |f) = (log| 2I + K A |)/2 - (log| 2I |)/2 = (log|I + -2 K A |)/2Note:information gain depends on kernel of GP prior and input spaceCredit: Srinivas et al. 2010If our goal is just exploration ...Greedy Experimental Design Algorithm:Sequentially, findHowever the worse point weselect, the more penalty we get Credit: Srinivas et al. 2010GP - UCB to the rescueExplore ExploitCredit: Srinivas et al. 2010Maximum information GainDefinition:Maximum information gain after T data points sampled,This term will be used to quantify the regret bound for the algorithmRegret Bounds - Finite Domain Theorem 1:Assumptions:-Finite D- f sample of a GP with mean 0,-k(x, x’) of GP s.t. k(x,x) (variance) not greater than 1Then, by running GP-UCB for f withWe obtain: TAssuming some strictly sublinear T ...(we will verify later that this is achievable by choice of kernels),We can find some sublinear function f(T) bounding above P(R T curve lies below) is at least 1-f(T)Regret Bounds II - General Compact+Convex SpaceTheorem 2:Assumptions:- D compact and convex in [0,r]d,- f sample of a GP with mean 0,-k(x, x’) of GP s.t. k(x,x) (variance) not greater than 1-k(x,x’) s.t. f fulfills smoothness condition -- discussed nextThen, by running GP-UCB for f withWe obtain:Regret Bounds II ContinuedTheorem 2 requires f to fulfill:This holds for stationary kernels k(x,x’) = k(x-x’) which are 4-times differentiable: Squared Exponential Kernel Matern Kernels with v>2Credit: Srinivas et al. 2010Bounding Information Gain-- F is submodular function⇒T⇒ T SubmodularityThis holds if A constructed byGreedy Experiment Design Rule Credit: Krause, https://las.inf.ethz.ch/sfo/Bounding Information Gain ContinuedWe can bound the term by considering the worst allocation of the T samples under some relaxed greedy procedure (see appendix section C).In finite space D, this eventually gives us a bound in terms of the eigenvalues of the covariance matrix for all |D| points:The faster the spectrum decays, the slower the growth of the boundBounding Information Gain ContinuedCredit: Srinivas et al. 2010Bounding Information Gain ContinuedTheorem 5: Assume general compact and convex set D in R d , kernel k(x,x’)≤1:1.d- dimensional bayesian linear regression:2.Squared exponential kernel:3.Matern kernel (v>1) :Now recall the bound obtained for GP-UCB in theorem 2: Combining the two theorems we obtain the following (1-δ) upper confidence bound for the total regret, R T (up to polylog factors):With T = + Credit: Srinivas et al. 2010Results and DiscussionExperimental Setup●Synthetic and real sensor network data (traffic and temperature)used to illustrate the differences●Gaussian Processes - Upper Confidence Bound (GP-UCB) iscompared with various heuristics:○Expected Improvement (EI)○Most Probable Improvement (MPI)○Naive Methods (only mean or only variance)。

相关文档
最新文档