主流機器學習演算法優缺點總結，先從基礎玩起！
作者|姚凱飛 整理|AI研習社
1.決策樹:判別模型，多分類與回歸，正則化的極大似然估計
特點：
適用於小數據集
優點：
計算量簡單，可解釋性強，比較適合處理有缺失屬性值的樣本，能夠處理不相關的特徵;
缺點：
容易過擬合(後續出現了隨機森林，減小了過擬合現象),使用剪枝來避免過擬合;
適用數據範圍：
數值型和標稱型
CART分類與回歸樹:
決策樹分類方法，採用基於最小距離的基尼指數估計函數，用來決定由該子數據集生成的決策樹的拓展形。決策樹回歸方法，採用切分點與切分變數來計算的損失來估計函數。如果目標變數是標稱的，稱為分類樹;如果目標變數是連續的，稱為回歸樹。分類樹是使用樹結構演算法將數據分成離散類的方法。
優點:
非常靈活，可以允許有部分錯分成本，還可指定先驗概率分布，可使用自動的成本複雜性剪枝來得到歸納性更強的樹,產生的分類規則易於理解，準確率較高。
缺點：
在構造樹的過程中，需要對數據集進行多次的順序掃描和排序，因而導致演算法的低效。此外，C4.5隻適合於能夠駐留於內存的數據集，當訓練集大得無法在內存容納時程序無法運行。
2.隨機森林：判別模型，多分類與回歸，正則化的極大似然估計，Bagging，Random Future
特點：
準確率可以和Adaboost相媲美，對錯誤和離群點更魯棒。準確率依賴於個體分類器的實力和它們之間的依賴性。理想情況是保持個體分類器的能力而不提高它們的相關性。對每次劃分所考慮的屬性數很敏感。通常選取logn2+1個屬性，其中n是數據集的實例數。(一個有趣的觀察是，使用單個隨機選擇的屬性可能導致很好的準確率，常常比使用多個屬性更高。)
優點：
不易過擬合，可能比Bagging和Boosting更快。由於在每次劃分時只考慮很少的屬性，因此它們在大型資料庫上非常有效。有很好的方法來填充缺失值，即便有很大一部分數據缺失，仍能維持很高準確度。給出了變數重要性的內在估計，對於不平衡樣本分類，它可以平衡誤差。可以計算各實例的親近度，對於數據挖掘、檢測離群點和數據可視化非常有用。
缺點：
在某些雜訊較大的分類和回歸問題上會過擬合。對於有不同級別的屬性的數據，級別劃分較多的屬性會對隨機森林產生更大的影響，所以隨機森林在這種數據上產生的屬性權值是不可信的。
3.k-means：聚類
特點：
並一定能得到全局最優解(依賴於初始點選取)，所以常用多次運行，取最優，假設了均方誤差為計算群組分散度的最佳參數
優點：
簡單快速，複雜度為O(nkt),n為樣本數，k為類別數，t為迭代數
缺點：
只對簇的平均值被定義下才能被使用，不適合某些分類屬性，虛實線給定簇數K，對初值敏感，不適合發現大小差別很大的簇，對雜訊、孤立點敏感(對平均值產生極大影響)
4.KNN：判別模型，多分類與回歸
特點：
不具有顯示的學習過程，通過多數表決方式進行預測，k值選擇、距離度量、分類決策規則是K近鄰法的三要素
優點：
簡單，分類與回歸均可操作，可用於非線性分類，複雜度為O(n)，對outlier不敏感
缺點：
K需預先設定，對大小不平衡的數據易偏向大容量數據
常用演算法：
kd樹：對x的K個特徵，一個一個做切分，使得每個數據最終都在切分點上(中位數)，對輸入的數據搜索kd樹，找到K近鄰
5.EM：含隱藏變數的概率模型，使用概率模型參數估計
特點：
E:給定參數與觀測數據下對未觀測數據的條件概率分布的期望
M：求使條件概率分布期望最大下的參數值
優點：
比K-means穩定、準確
缺點：
計算複雜且收斂慢，依賴於初始參數假設
6.線性回歸
特點：
解析解
優點：
簡單，存在解析解
缺點：
對複雜數據擬合不好，欠擬合
7.LogReg：對數線性模型
特點：
模型源自於邏輯斯蒂分布優化演算法有改進的迭代尺度法、梯度下降法、擬牛頓法
優點：
簡單，計算量小，存儲資源低
缺點：
欠擬合，精度不高
8.樸素貝葉斯：生成模型，
特點：
使用先驗知識得到後驗概率，由期望風險最小化得到後驗概率最大化。假設條件獨立，條件不獨立就變成貝葉斯網路了
優點：
小規模數據集表現好，適合多分類
缺點：
需要條件獨立假設，會犧牲一定準確率，分類性能不一定高
9.Apriori:兩階段頻集思想，遞推(關聯規則)
特點：
1頻度→支持度→2頻度→支持度→…，每次刪除支持度小於摸個閥值的點，最終返回各個頻集
優點：
易編碼實現
缺點：
大數據上速度較慢，候選集每次產生過多，未排除不應該參與計算支持度的點.
每次都需要計算支持度，需對全部記錄掃描，需要很大I/O負載
10.Boosting
特點：
通過改變樣本權值進行學習，將最終的多個分類器根據性能進行組合
優點：
低泛化誤差，以實現，分類準確率高，無太多參數需要調節
缺點：
對outlier敏感
11.GBDT(MART)：回歸樹
特點：
有兩個版本：一個是殘差版本，另一個是Gradient版本(這個版本更廣泛)
優點：
非線性與線性均可，不易過擬合
缺點：
12.SVM：
特點：
將低維空間映射到高維空間，實現線性可分
優點：
可實現非線性分類，可用於分類與回歸，低泛化誤差，易解釋
缺點：
對核函數以及參數敏感
13.神經網路
特點：
模擬人腦構造，構造神經元
優點：
(BP)很強的分線性擬合能力，學習規則簡單，很強的魯棒性，具有記憶能力、自學能力,誤差反向傳播，並行性好
(RBF)唯一最佳逼近特性，無局部最小問題，前反饋網路中RBF網路完成映射功能最優，分類能力好，收斂性比BP快非常多
缺點：
沒能力解釋自己的推理過程及依據，數據不充分時，將無法工作，初值較敏感(使用AUTO-Encoder)
14.隱式馬爾科夫(HMM)
特點：
隱馬爾可夫模型是一個雙重隨機過程—-具有一定狀態數的隱馬爾可夫鏈和顯示隨機函數集。
HMM是一種有向圖
HMM對轉移概率和表現概率直接建模，統計共現概率。
針對以下三個問題，人們提出了相應的演算法
*1 評估問題： 前向演算法
*2 解碼問題： Viterbi演算法
*3 學習問題： Baum-Welch演算法(向前向後演算法)
優點：
解決了標註問題
缺點：
做了齊次馬爾科夫假設及觀測股利性假設，可能出現標記偏置
15.條件隨機場(CRF)
特點：
CRF是一種判別式模型,CRF是一種無向圖
優點：
CRF是在全局範圍內統計歸一化的概率，是全局最優的解。解決了MEMM中標註偏置的問題。
CRF沒有HMM那樣嚴格的獨立性假設條件，因而可以容納任意的上下文信息。特徵設計靈活(與ME一樣)
與MEMM比較:由於CRF計算全局最優輸出節點的條件概率，它還克服了最大熵馬爾可夫模型標記偏置(Label-bias)的缺點。
與ME比:CRF是在給定需要標記的觀察序列的條件下，計算整個標記序列的聯合概率分布，而不是在給定當前狀態條件下，定義下一個狀態的狀態分布。
缺點：
訓練代價大、複雜度高
