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解讀實踐中最廣泛應用的分類模型:樸素貝葉斯算法

摘要:貝葉斯模型在機器學習以及人工智能中都有出現,cherry
分類器使用了樸素貝葉斯模型算法,經過簡單的優化,使用1000個訓練數據就能得到97.5%
的準確率。 雖然現在主流的框架都帶有樸素貝葉斯模型算法

貝葉斯模型在機器學習以及人工智能中都有出現,cherry
分類器使用了樸素貝葉斯模型算法,經過簡單的優化,使用 1000 個訓練數據就能得到 97.5%
的準確率。 雖然現在主流的框架都帶有樸素貝葉斯模型算法,大多數開發者只需要直接調用 api
就能使用。 但是在實際業務中,面對不同的數據集,必須了解算法的原理,實現以及懂得對結果進行分析,才能達到高準確率。

cherry 分類器

cherry
  分類器默認支持中英文分類,用作例子的數據緩存中,中文訓練數據包含正常,政治敏感,賭博,色情 4
個類別,英文訓練數據包含正常郵件,垃圾郵件兩個類別 (訓練數據可以通過 Google drive 下載,)。 調用非常容易,使用 pip
安裝後,輸入句子:

警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動專項行動電視電話會議。 會議的重點是「查處」六合彩、賭球賭馬等賭博活動。

>>>
  result = cherry.classify(‘警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動專項行動電
電話會議。 會議的重點是“查處”六合彩、賭球賭馬等賭博活動。 ‘)Building prefix dict from the default
dictionary …Loading model from cache
/var/folders/md/0251yy51045d6nknpkbn6dc80000gn/T/jieba.cacheLoading
model cost 0.894 seconds.Prefix dict has been built
succesfully.>>>>>> result.percentage[(‘normal.dat’,
0.997), (‘politics.dat’, 0.002), (‘gamble.dat’, 0.0), (‘sex.dat’,
0.0)]>>>>>> result.word_list[(‘賭博’, 8.5881312727226),
(‘活動’, 6.401543938544878), (‘會議’, 6.091963362021649), (‘違法犯罪’,
4.234845736802978), (‘警方’, 3.536827626008435), (‘打擊’,
3.2491455535566542), (‘行動’, 2.8561029654470476), (‘查處’,
2.3860993362013083), (‘重點’, 2.126816738271229), (‘召開’,
1.8628511924367634), (‘專項’, 1.1697040118768172), (‘電視電話會議’,
1.1697040118768172), (‘全省’, 0.47655683131687354), (‘集中’,
-0.6220554573512382), (‘六合彩’, -2.29603189092291)]

分類器判斷輸入句子有 99.7% 的概率是正常句子,0.2% 是政治敏感,剩餘 0.1% 是其他兩個類別

>>> result.percentage[(‘normal.dat’, 0.997), (‘politics.dat’, 0.002), (‘gamble.dat’, 0.0), (‘sex.dat’, 0.0)]

其中對分類器判斷影響最大的詞語分別是賭博,活動,會議,違法犯罪,警方,打擊

賭博,活動,會議,違法犯罪,警方,打擊

關鍵字過濾

要理解分類器的原理,可以先從最簡單的分類關鍵詞算法開始,輸入句子:

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使用關鍵字算法,我們可以將真人荷官,六合彩這兩個詞語加入賭博類別的黑名單,每個類別都維持對應的黑名單表。 當之後需要分類的時候,先判斷關鍵字有沒有出現在輸入句子中,如果有,則判斷為對應的類別。 這個方法實現簡單,但是缺點也很明顯,誤判率非常高,例如遇到輸入句子:

警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動專項行動電視電話會議。 會議的重點是「查處」六合彩、賭球賭馬等賭博活動。

這是一個正常的句子,但是由於包含六合彩,賭球這兩個黑名單詞語,關鍵字算法會誤判其為賭博類別,同時,如果一個句子同時包含多個不同類別的黑名單詞語,例如賭博, 色情的話,關鍵字算法也無法判斷正確。

貝葉斯模型

其實關鍵字算法已經接近貝葉斯模型的原理了,我們再仔細分析下關鍵字算法。 關鍵字算法的問題在於只對輸入句子中的部分詞語進行分析,而沒有對輸入句子的整體進行分析。 而貝葉斯模型會對輸入句子的所有有效部分進行分析,通過訓練數據計算出每個詞語在不同類別下的概率,然後綜合得出最有可能的結果。 可以說,貝葉斯模型是關鍵字過濾加上統計學的升級版。

當貝葉斯模型去判斷輸入句子:

警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動專項行動電視電話會議。 會議的重點是「查處」六合彩、賭球賭馬等賭博活動。

它會綜合分析句子中的每個詞語:

警方,召開,全省,集中打擊,… 六合彩,賭球,賭馬,…

輸入句子雖然包含六合彩,賭球這些賭博常出現的詞語,但是警方,召開,集中打擊這幾個詞代表這個句子極有可能是正常的句子。

數學推導

貝葉斯模型的數學推導非常簡單,強烈建議大家靜下心自己推導。

這里為了簡單起見,我們只考慮句子是正常或者賭博兩種可能,我們先複習一下概率論的基礎表達:

P(A) -> A 事件發生的概率,例如明天天晴的概率

P(A|B) -> 條件概率,B 事件發生的前提下 A 事件發生的概率,例如明天天晴而我又沒帶傘的概率

P(輸入句子) -> 這個句子在訓練數據中出現的概率

P(賭博) -> 賭博類別的句子在訓練數據中出現的概率

P(賭博 | 輸入句子) -> 輸入句子是賭博類別的概率(也是我們最終要求的值)

P(賭博 | 輸入句子) + P(正常 | 輸入句子) = 100%

上圖,中間重疊的部分是賭博和句子同時發生的概率 P(賭博,輸入句子),可以看出:

P(賭博 | 輸入句子) = P(賭博,輸入句子) / P(輸入句子) (1)

同理:

P(輸入句子 | 賭博) = P(賭博,輸入句子) / P(賭博) (2)

把 (2) 代入 (1) 得到

P(賭博 | 輸入句子) = P(輸入句子 | 賭博) * P(賭博) / P(輸入句子) (3)

登登登燈,(3) 就是貝葉斯定理。 沒看懂沒關係,靜下心再看一遍。 要得到最終輸入句子是賭博類別的概率 P(賭博 | 輸入句子),需要知道右邊 3 個量的值:

1. P(賭博)

指訓練數據中,賭博類別的句子佔訓練數據的百分比。

2. P(輸入句子)

指這個輸入句子出現在訓練數據中的概率。 我們最終目的是判斷輸入句子是哪個類別的概率比較高,也就是比較 P(賭博 | 輸入句子) 與 P(正常 | 輸入句子),由貝葉斯定理:

P(賭博 | 輸入句子) = P(輸入句子 | 賭博) * P(賭博) / P(輸入句子) (4)

P(正常 | 輸入句子) = P(輸入句子 | 正常) * P(正常) / P(輸入句子) (5)

由於(4),(5) 都要除於相同的P(輸入句子),所以(4),(5) 右邊可以同時乘以P(句子),只比較等號右邊前兩個值的乘積的 大小。

P(賭博 | 輸入句子) = P(輸入句子 | 賭博) * P(賭博) P(正常 | 輸入句子) = P(輸入句子 | 正常) * P(正常)

3. P(句子 | 賭博)

最關鍵的就是求 P(輸入句子 | 賭博),直接求輸入句子在賭博類別句子中出現的概率非常困難,因為訓練數據不可能包含所有句子,很可能並沒有輸入句子。 什麼意思呢? 因為同一個句子,把詞語進行不同的排列組合都能成立,例如:

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可以變成

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或者

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稍微變換詞語的位置就是一個新的句子了,訓練數據不可能把所有排列組合的句子都加進去,因為實在太多了。 所以當我們遇到一個輸入句子,很可能它在訓練數據中沒有出現,那麼
  P(輸入句子 | 類別)
對應的概率都為零,這顯然不是真實的結果。 也會導致我們的分類器出錯,這個時候該怎麼辦呢? 剛剛在貝葉斯模型中我們提到,它會將一個句子分成不同的詞語來綜合分析,那我們是不是也可以把句子當成詞語的集合呢?

警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動專項行動電視電話會議。 會議的重點是「查處」六合彩、賭球賭馬等賭博活動。

警方召開了全省… 賭馬等賭博活動 = 警方 + 召開 + 全省…+ 賭博活動

即:

P(輸入句子| 賭博) = (P(詞語1) * P(詞語2 | 詞語1) * P(詞語3 | 詞語2))| 賭博) ≈ P(詞語1)|P(賭博) * P( 詞語2)|P(賭博) * P(詞語3)|P(賭博)

P(警方召開了全省… 賭馬等賭博活動。| 賭博) = P(警方| 賭博) * P(召開| 賭博) * P(全省| 賭博) … * P(賭馬| 賭博) * P (賭博活動| 賭博)

我們把 P(輸入句子 | 賭博) 分解成所有 P(詞語 | 賭博) 概率的乘積,然後通過訓練數據,計算每個詞語在不同類別出現的概率。 最終獲取的是輸入句子有效詞語在不同類別中的概率。

在上面的例子中,雖然賭馬,賭球,賭博活動這幾個詞是賭博類別的概率很高,但是綜合所有詞語,分類器判斷輸入句子有 80% 的概率是正常句子。 簡單來說,要判斷句子是某個類別的概率,只需要計算該句子有效部分的詞語的在該類別概率的乘積。

貝葉斯模型實現

要計算每個詞語在不同類別下出現的概率,有以下幾個步驟:

  1. 選擇訓練數據,標記類別

  2. 把所有訓練數據進行分詞,並且組成成一個包含所有詞語的詞袋集合

  3. 把每個訓練數據轉換成詞袋集合長度的向量

  4. 利用每個類別的下訓練數據,計算詞袋集合中每個詞語的概率

選擇訓練數據

訓練數據的選擇是非常關鍵的一步,我們可以從網絡上搜索符合對應類別的句子,使每個類別的數據各佔一半。 不過當你理解了貝葉斯模型的原理之後,你會發現一個難題問題,就是如何保持數據的獨立分佈,例如你選擇的訓練數據如下:

根據您所選擇的上述禮遇,您必須在娛樂場完成總金額(存款 + 首存獎金)16 倍或 15 倍流水之後,方可申請提款。

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Linux 是一套免費使用和自由傳播的類 Unix 操作系統,是一個基於 POSIX 和 UNIX 的多用戶、多任務、支持多線程和多 CPU 的操作系統。

理查德 · 菲利普斯 · 費曼,美國理論物理學家,量子電動力學創始人之一,納米技術之父。

我們可以注意到六合彩,遊戲這兩個詞語,只在賭博類別的訓練數據出現。 這兩個詞語對句子是否是賭博類別會有很大的影響性,六合彩對賭博類別確實是重要的判別詞,但是遊戲這個詞語本身和賭博沒有直接的關係,卻被錯誤劃分為賭博類別相關的 詞語,當之後分類器遇到

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會因為裡面的遊戲,將它判斷為賭博類別,

>>>
  result = cherry.classify(‘我們提供最新最全大型遊戲下載,迷你游戲下載,並提供大量遊戲攻略’)>>>
  result.percentage[(‘gamble.dat’, 0.793), (‘normal.dat’,
0.207)]>>> result.word_list[(‘遊戲’, 1.9388011143762069)]

所以,當我們要做一個賭博 / 正常的分類器,我們需要在正常類別的訓練數據添加:

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這樣的正常而且帶有遊戲關鍵字的句子。 同時當訓練數據過少,輸入句子包含了訓練數據中並沒有
  c 出現過的詞語,該詞語也會被分類器所忽略。 cherry 分類器可以通過啟用 debug
模式得到被錯誤劃分的數據以及其權重最高的詞語,你可以根據輸出的詞語來調整訓練數據。 我們之後可以通過 Adaboost
算法動態調整每個詞語的權重,這個功能我們會在下一個版本推出。 另外一方面,現實生活中,正常的句子比賭博類別的句子出現的概率要多得多,這點我們也可以從訓練數據的比例上面體現,適當增加正常類別句子的數量,也可以賦予正常類別 句子高權重,不過要小心
  Accuracy_paradox 的問題。 我們在測試的時候,可以根據混淆矩陣以及 ROC 曲線來分析分類器的效果,再進行數據調整。

詞袋集合

為簡單起見,本篇文章只選取 4 個句子作為訓練數據:

根據您所選擇的上述禮遇,您必須在娛樂場完成總金額(存款 + 首存獎金)16 倍或 15 倍流水之後,方可申請提款。

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理查德 · 菲利普斯 · 費曼,美國理論物理學家,量子電動力學創始人之一,納米技術之父。

在公安機關持續不斷的打擊下,六合彩、私彩賭博活動由最初的公開、半公開狀態轉入地下。

要計算每個詞語在不同類別下的概率,首先需要一個詞袋集合,集合包含了訓練數據中所有非重複詞語 (_vocab_list),參考函數_vocab_list:

def
  _get_vocab_list(self): ”’ Get a list contain all unique non stop words
  belongs to train_data Set up: self.vocab_list: [ ‘What’, ‘lovely’,
‘day’, ‘like’, ‘gamble’, ‘love’, ‘dog’, ‘sunkist’ ] ”’ vocab_set =
set() all_train_data = ”.join([v for _, v in self._train_data]) token =
  Token(text=all_train_data, lan=self.lan, split=self.split) vocab_set =
vocab_set | set(token.tokenizer) self._vocab_list = list(vocab_set)

默認使用結巴分詞進行中文分詞(你可以定制分詞函數),例如第一個數據:

根據您所選擇的上述禮遇,您必須在娛樂場完成總金額(存款 + 首存獎金)16 倍或 15 倍流水之後,方可申請提款。

分詞後會得到:

[‘根據’,
  ‘您’, ‘所’, ‘選擇’, ‘的’, ‘上述’, ‘禮遇’, ‘,’, ‘您’, ‘必須’, ‘在’, ‘娛樂場’, ‘完成’,
‘總金額’, ‘(’, ‘存款’, ‘+’, ‘首存’, ‘獎金’, ‘)’, ’16’, ‘倍’, ‘或’, ’15’, ‘倍’, ‘流水’,
  ‘之後’, ‘,’, ‘方可’, ‘申請’, ‘提款’, ‘。 ‘]

我們去掉包含在 stop_word.dat 中的詞語,stop_word.dat包含了漢語中的常見的轉折詞:

如果,但是,並且,不只

這些詞語對於我們分類器沒有用處,因為任何類別都會出現這些詞語。 接下來再去掉長度等於 1 的字,第一個訓練數據剩下:

[‘選擇’, ‘上述’, ‘禮遇’, ‘娛樂場’, ‘總金額’, ‘存款’, ‘首存’, ‘獎金’, ’16’, ’15’, ‘流水’, ‘申請 ‘, ‘提款’]

遍歷 4 個句子最終得到的長度為 49 的詞袋集合 (vocab_list) 就是:(這裡使用的集合是無序的,所以你得到的結果順序可能不同)

[‘提款’,
  ‘存入’, ‘遊戲’, ‘最初’, ‘六合彩’, ‘娛樂場’, ‘費曼’, ‘獎金’, ‘賬戶’, ‘菲利普斯’, ‘量子’, ‘電動力學’,
  ‘總金額’, ‘上述’, ‘活動’, ‘狀態’, ‘物理學家’, ‘公安機關’, ‘荷官’, ‘即可’, ‘理論’, ‘申請’, ‘半公開’ ,
  ‘選擇’, ’15’, ‘打擊’, ‘全新’, ‘來到’, ‘公開’, ‘方可’, ‘博彩’, ‘完成’, ‘理查德’, ‘納米技術’,
‘不斷’, ‘存款’, ‘之一’, ‘創始人’, ‘真人’, ‘私彩’, ‘持續’, ‘根據’, ‘必須’, ’16’, ‘賭博’, ‘歡迎’ ,
  ‘體育’, ‘轉入地下’, ‘首存’, ‘流水’, ‘美國’, ‘禮遇’]

得到詞袋之後,再次使用訓練數據,並把每個訓練數據都轉變成一個長度為 49 的一維向量

def
  _get_vocab_matrix(self): ”’ Convert strings to vector depends on
vocal_list ”’ array_list = [] for k, data in self._train_data:
return_vec = np.zeros(len(self._vocab_list)) token = Token(text=data,
lan=self.lan, split=self.split) for i in token.tokenizer: if i in
self._vocab_list: return_vec[self._vocab_list.index(i)] += 1
array_list.append(return_vec) self._matrix_lst = array_list

根據您所選擇的上述禮遇,您必須在娛樂場完成總金額(存款 + 首存獎金)16 倍或 15 倍流水之後,方可申請提款。

對應轉變成:

# 長度為49[1, 0, 0, 0, 1, 0, …, 1, 0, 1]

其中的 1 分別對應著數據分詞後的詞語在詞袋中出現的次數。 接下來將所有訓練數據的向量結合成一個列表_matrix_list

[ [1, 0, 0, 0, 1, 0, …, 1, 0, 1] [0, 1, 1, 0, 0, 0, …, 0, 0, 0] … ]

要計算每個詞語在不同類別下的概率,只需要把詞語出現的次數除以該類別的所有詞語的總數,cherry 分類器出於效率的考慮使用了 numpy 的矩陣運算。

def
  _training(self): ”’ Native bayes training ”’ self._ps_vector = [] #
防止有詞語在其他類別訓練數據中沒有出現過,最後的P(句子|類別)乘積就會為零,所以給每個詞語一個初始的非常小的出現概率,設置vector默認值為1,cal對應 為2
  # vector: 默認值為1的一維數組 # cal: 默認的分母,計算該類別所有有效詞語的總數 # num: 計算P(賭博), P(句子)
vector_list = [{ ‘vector’: np.ones(len(self._matrix_lst[0])), ‘cal’:
2.0, ‘num’: 0.0} for i in range(len(self.CLASSIFY))] for k, v in
enumerate(self.train_data): vector_list[v[0]][‘num’] += 1 #
vector加上對應句子的詞向量,最後把整個向量除於cal,就得到每個詞語在該類別的概率。 # [1, 0, 0, 0, 1, 0, …,
1, 0, 1] (根據您所選擇的…) # [0, 1, 1, 0, 0, 0, …, 0, 0, 0] (獎金將在您完成…) # +
  # [1, 1, 1, 1, 1, 1, …, 1, 1, 1] vector_list[v[0]][‘vector’] +=
self._matrix_lst[k] vector_list[v[0]][‘cal’] += sum(self._matrix_lst[k])
  for i in range(len(self.CLASSIFY)): # 每個詞語的概率為[2, 2, 2, 1, 2, 1, …,
2, 1, 2]/cal self._ps_vector.append((
np.log(vector_list[i][‘vector’]/vector_list[i][‘cal’]),
np.log(vector_list[i][‘num’]/len(self.train_data))))

遍歷完所有訓練數據之後,會得到兩個類別對應的每個詞語的概率向量,(為了防止 python 的小數溢出,這裡的概率都是取 np.log() 對數之後得到的值):

賭博([-2.80336038,
  -2.80336038, -2.80336038, -3.49650756, -3.49650756, -2.80336038,
-3.49650756, -2.39789527, -2.80336038, -3.49650756, -3.49650756,
-3.49650756, -2.80336038, -2.80336038, -3.49650756, -3.49650756,
-3.49650756, -3.49650756, -2.80336038, -2.80336038, -3.49650756,
-2.80336038, -3.49650756, -2.80336038, -2.80336038, -3.49650756,
-2.80336038, -2.80336038, -3.49650756, -2.80336038, -2.80336038,
-2.39789527, -3.49650756, -3.49650756, -3.49650756, -2.80336038,
-3.49650756, -3.49650756, -2.80336038, -3.49650756, -3.49650756,
-2.80336038, -2.80336038, -2.80336038, -3.49650756, -2.80336038,
-2.80336038, -3.49650756, -2.39789527, -2.80336038, -3.49650756,
-2.80336038]), 0.5)正常([-3.25809654, -3.25809654, -3.25809654,
-2.56494936, -2.56494936, -3.25809654, -2.56494936, -3.25809654,
-3.25809654, -2.56494936, -2.56494936, -2.56494936, -3.25809654,
-3.25809654, -2.56494936, -2.56494936, -2.56494936, -2.56494936,
-3.25809654, -3.25809654, -2.56494936, -3.25809654, -2.56494936,
-3.25809654, -3.25809654, -2.56494936, -3.25809654, -3.25809654,
-2.56494936, -3.25809654, -3.25809654, -3.25809654, -2.56494936,
-2.56494936, -2.56494936, -3.25809654, -2.56494936, -2.56494936,
-3.25809654, -2.56494936, -2.56494936, -3.25809654, -3.25809654,
-3.25809654, -2.56494936, -3.25809654, -3.25809654, -2.56494936,
-3.25809654, -3.25809654, -2.56494936, -3.25809654]), 0.5)詞袋集合[‘提款’,
‘存入’, ‘遊戲’, ‘最初’, ‘六合彩’, ‘娛樂場’, ‘費曼’, ‘獎金’, ‘賬戶’, ‘菲利普斯’, ‘量子’, ‘電動力學’,
‘總金額’, ‘上述’, ‘活動’, ‘狀態’, ‘物理學家’, ‘公安機關’, ‘荷官’, ‘即可’, ‘理論’, ‘申請’, ‘半公開’ ,
‘選擇’, ’15’, ‘打擊’, ‘全新’, ‘來到’, ‘公開’, ‘方可’, ‘博彩’, ‘完成’, ‘理查德’, ‘納米技術’,
‘不斷’, ‘存款’, ‘之一’, ‘創始人’, ‘真人’, ‘私彩’, ‘持續’, ‘根據’, ‘必須’, ’16’, ‘賭博’, ‘歡迎’ ,
  ‘體育’, ‘轉入地下’, ‘首存’, ‘流水’, ‘美國’, ‘禮遇’]

結合向量和詞袋集合來看,提款,存入,遊戲這幾個詞是賭博的概率要大於正常的概率

#賭博 提款,存入,遊戲[-2.80336038, -2.80336038, -2.80336038]#正常 提款,存入,遊戲[-3.25809654, -3.25809654, -3.25809654]

符合我們的常識,接下來就可以進行輸入句子的分類了。

判斷類別

訓練完數據,得到詞語對應概率之後,判斷類別就非常簡單,只需要把輸入句子進行相同的分詞,然後計算對應的詞語對應的概率的乘積即可,得到乘積最大的就是最有可能的類別。 輸入句子:

歡迎參加澳門在線娛樂城,這裡有體育,百家樂,六合彩各類精彩遊戲。

同樣地,先根據原先的詞袋集合,先轉變為一維向量

#
  詞袋集合[‘提款’, ‘存入’, ‘遊戲’, ‘最初’, ‘六合彩’, ‘娛樂場’, ‘費曼’, ‘獎金’, ‘賬戶’, ‘菲利普斯’,
‘量子’, ‘電動力學’, ‘總金額’, ‘上述’, ‘活動’, ‘狀態’, ‘物理學家’, ‘公安機關’, ‘荷官’, ‘即可’, ‘理論’ ,
  ‘申請’, ‘半公開’, ‘選擇’, ’15’, ‘打擊’, ‘全新’, ‘來到’, ‘公開’, ‘方可’, ‘博彩’, ‘完成’,
‘理查德’, ‘納米技術’, ‘不斷’, ‘存款’, ‘之一’, ‘創始人’, ‘真人’, ‘私彩’, ‘持續’, ‘根據’, ‘必須’,
’16’, ‘賭博’, ‘歡迎’, ‘體育’, ‘轉入地下’, ‘首存’, ‘流水’, ‘美國’, ‘禮遇’]# 一維向量[0, 0, 1,
0, 1, …]

然後與分別與兩個概率向量相乘,求和,並加上對應的類別佔比,對應的代碼:

def
_bayes_classify(self): ”’ Calculate the probability of different
category ”’ possibility_vector = [] log_list = [] # self._ps_vector:
([-3.44, -3.56, -2.90], 0.4) for i in self._ps_vector: # 計算每個詞語對應概率的乘積
final_vector = i[0] * self.word_vec # 獲取對分類器影響度最大的詞語 word_index =
np.nonzero(final_vector) non_zero_word =
np.array(self._vocab_list)[word_index] # non_zero_vector: [-7.3, -8]
non_zero_vector = final_vector[word_index]
possibility_vector.append(non_zero_vector)
log_list.append(sum(final_vector) + i[1]) possibility_array =
np.array(possibility_vector) max_val = max(log_list) for i, j in
enumerate(log_list): # 輸出最大概率的類別 if j == max_val: max_array =
possibility_array[i, :] left_array = np.delete(possibility_array, i, 0)
sub_array = np.zeros(max_array.shape) # 通過曼哈頓舉例,計算影響度最大的詞語 for k in
left_array: sub_array += max_array – k return
self._update_category(log_list), sorted( list(zip(non_zero_word,
sub_array)), key=lambda x: x[1], reverse=True)

通過計算:

P(賭博 | 句子) = sum([0, 0, 1, 0, 1, …] * [-2.80336038, -2.80336038, -2.80336038, …]) + P(賭博) = 0.85

P(正常 | 句子) = sum([0, 0, 1, 0, 1, …] * [-3.25809654, -3.25809654, -3.25809654, …])+ P(正常) = 0.15

最終得到 P(賭博 | 句子) > P(正常 | 句子),所以分類器判斷這個句子是賭博類別。

>>>
  result =
cherry.classify(‘歡迎參加澳門在線娛樂城,這裡有體育,百家樂,六合彩各類精彩遊戲。’)>>>
result.percentage[(‘gamble.dat’, 0.85), (‘normal.dat’,
0.15)]>>> result.word_list[(‘六合彩’, 0.969400557188​​10347), (‘遊戲’,
  0.969400557188​​10347), (‘歡迎’, 0.56393544907993931)]

測試

統計分析

測試方法有留出法
  (hold-out),k 折交叉驗證法 (cross validation),自助法
(bootstrapping),這裡我們使用留出法,測試腳本默認每次從所有數據中選出 60 個句子當成測試數據,剩下的當成訓練數據。 重複進行測試
  10 次。 運行測試腳本

>>> python runanalysis.pyThis may takes
some time, Go get a coffee :D.Building prefix dict from the default
dictionary …Loading model from cache
/var/folders/md/0251yy51045d6nknpkbn6dc80000gn/T/jieba.cacheLoading
model cost 0.914 seconds.Prefix dict has been built
succesfully.+Cherry—————+————+————+| Confusion
  matrix | gamble.dat | normal.dat
|+———————+————+————+ | (Real)gamble.dat |
249 | 0 || (Real)normal.dat | 13 | 338 || Error rate is 2.17% | |
|+———————+————+————+

輸出分類測試數據的平均錯誤率為 2.17%,同時我們可以通過混淆矩陣對分類器進行分析:

  • 查全率 (recall)(能找出賭博類別句子的概率):真陽性 /(真陽性 + 假陰性) 249 / 249 = 100%

  • 查准率 (precision)(分類為賭博類別中的句子,確實是賭博類別的概率):真陽性 /(真陽性 + 假陽性) 249 / (249 + 13) = 95%

如果業務的需求是盡可能找到潛在的陽性數據(例如癌症初檢)那麼就要求高查全率,不過對應的,高查全率會導致查准率降低。 (可以這樣理解,假如所有句子都判斷成賭博類別,那麼所有確實是賭博類別的句子確實都被檢測到了,但是查准率變得很低。)影響查全率以及查准率的一點是訓練 數據數量的比例,日常的句子中,賭博類別的句子與正常類別的句子比例可能是
  1:50。 也就是說隨便給出一個句子,不用看內容,那麼它有 98%
是正常的。 不過在某些情況下,例如熱門評論區打廣告的用戶就很多,那麼這個比例就變成 1:10 或者
1:20,這個比例是根據具體業務而調整的。 訓練數據也應該遵循這個比例,但是實現中,我們必須要找到大量獨立分佈的數據才能遵循這個比例,這就是機器學習數據常遇到的不均衡分類問題。 要解決這個問題,可以引入
  Adaboost 算法動態調整每個詞語的權重。 我們可以通過 – p 參數輸出 ROC 曲線:

算法分析

  • 上下文關聯

  • 分類器繞過

1.上下文關聯

當我們計算 P(輸入句子 | 類別) 的時候,我們把輸入句子分成了詞語的集合,同時假定了輸入句子中詞語與詞語之間沒有上下文關係,其實這是不完全正確的,例如:

警方召開了全省集中打擊賭博違法犯罪活動…

從常識句子的上下文判斷,集中打擊出現在賭博違法犯罪之前的概率,要比召開出現在賭博違法犯罪之前的概率高,不過當我們把輸入句子分成詞語的集合的時候,把它們看成每個 詞語都是獨立分佈的。 這也是此算法稱為樸素貝葉斯的原因,如果我們有大量的數據集,計算出每個詞語對應詞袋模型其他詞語的出現概率值的話,可以提高檢測的準確率。

要注意的是,訓練數據選擇與最後進行分類的數據必須盡量關聯,如果要檢測的句子與訓練數據有非常大的差別,例如檢測的內容包含大量的英文單詞,但是訓練數據卻沒有,那麼分類 器就無法進行正確的分類。 同時,輸入句子過短的話,分類器也無法很好地進行分類。 因為分類的結果會很容易被其中的一兩個詞語所影響。

2.分類器繞過

分類器無法分辨重複內容或部分無意義文本,輸入句子:

車厘子車厘子車厘子車厘子

{{{{{{{{{{{}}}}}}}}}}}

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前兩個是垃圾內容,但是即使我們添加垃圾內容的數據集,也很難判斷正確。 最後一個前一小段是賭博類別的句子,後面一長串是無意義或者正常類別的句子,分類器綜合判斷它是正確的句子。 解決這個問題我們可以用一個簡單的方法,計算句子的熵,也就是無序程度。 每個句子都有合理的長度以及合理的無序程度,什麼意思呢? 句子的長度大約遵循正態分佈,極長(不包含標點符號)或者極短的句子出現的概率比較低,同時,通常一個句子中的詞語不會重複出現很多次,它的無序程度是在 某個範圍的。 當我們看到前兩個句子,因為它們詞語的重複度非常高,所以句子的無序度非常低,如何計算句子的無序程度呢?

a.我們找兩個輸入句子作為例子,先把輸入句子進行分詞

車厘子是一隻非常可愛的貓咪

車厘子車厘子車厘子車厘子

  1. [車厘子,非常,可愛,貓咪][車厘子,車厘子,車厘子,車厘子]

b.計算每個詞語出現的次數除於句子的詞語數量:

P(車厘子) = P(非常) = P(可愛) = P(貓咪) = 1⁄4 (句子 1)

P(車厘子) = 4⁄4 = 1 (句子 2)

通過計算熵的公式,帶入每個概率值,最後除於句子的詞語數量

  1. H = -sum(p(x)log2p(x))H1 = ((1/4 * -2) – (1/4 * -2) – (1/4 * -2) – (1/4 * – 2)) / 4= -2 / 4 = -1/2H2 = 0

可以看到,在同樣的句子長度下,第一個句子的熵為 – 2,第二個為 0,可以設置一個熵的範圍,如果低於該值,代表句子可能是垃圾數據。 一般來說,先進行垃圾文本過濾,然後進行貝葉斯模型的分類,在工程中會有更好的效果。

總結

理解了貝葉斯分類的原理,你就能根據自己的業務需求,來判斷使用什麼分詞函數,使用哪些stop_word,可以定制適合業務的數據集,同時根據輸出的被錯誤分類的數據以及混淆矩陣, 做出對應的調整。

原文鏈接:https://www.enginego.org/機器學習/貝葉斯分類/

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