京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
不平衡数据分类算法介绍与比较
在数据挖掘中,经常会存在不平衡数据的分类问题,比如在异常监控预测中,由于异常就大多数情况下都不会出现,因此想要达到良好的识别效果普通的分类算法还远远不够,这里介绍几种处理不平衡数据的常用方法及对比。
符号表示
记多数类的样本集合为L,少数类的样本集合为S。
用r=|S|/|L|表示少数类与多数类的比例
基准
我们先用一个逻辑斯谛回归作为该实验的基准:
Weighted loss function
一个处理非平衡数据常用的方法就是设置损失函数的权重,使得少数类判别错误的损失大于多数类判别错误的损失。在python的scikit-learn中我们可以使用class_weight参数来设置权重。
欠采样方法(undersampling)
Random undersampling of majority class
一个最简单的方法就是从多数类中随机抽取样本从而减少多数类样本的数量,使数据达到平衡。
Edited Nearest Neighbor (ENN)
我们将那些L类的样本,如果他的大部分k近邻样本都跟他自己本身的类别不一样,我们就将他删除。
Repeated Edited Nearest Neighbor
这个方法就是不断的重复上述的删除过程,直到无法再删除为止。
Tomek Link Removal
如果有两个不同类别的样本,它们的最近邻都是对方,也就是A的最近邻是B,B的最近邻是A,那么A,B就是Tomek link。我们要做的就是讲所有Tomek link都删除掉。那么一个删除Tomek link的方法就是,将组成Tomek link的两个样本,如果有一个属于多数类样本,就将该多数类样本删除掉。
过采样方法(Oversampling)
我们可以通过欠抽样来减少多数类样本的数量从而达到平衡的目的,同样我们也可以通过,过抽样来增加少数类样本的数量,从而达到平衡的目的。
Random oversampling of minority class
一个最简单的方法,就是通过有放回的抽样,不断的从少数类的抽取样本,不过要注意的是这个方法很容易会导致过拟合。我们通过调整抽样的数量可以控制使得r=0.5
Synthetic Minority Oversampling Technique(SMOTE)
这是一个更为复杂的过抽样方法,他的方法步骤如下:
For each point p in S:
1. Compute its k nearest neighbors in S.
2. Randomly choose r ≤ k of the neighbors (with replacement).
3. Choose a random point along the lines joining p and
each of the r selected neighbors.
4. Add these synthetic points to the dataset with class
S.
For each point p in S:
1. 计算点p在S中的k个最近邻
2. 有放回地随机抽取R≤k个邻居
3. 对这R个点,每一个点与点p可以组成一条直线,然后在这条直线上随机取一个点,就产生了一个新的样本,一共可以这样做从而产生R个新的点。
4. 将这些新的点加入S中
Borderline-SMOTE1
这里介绍两种方法来提升SMOTE的方法。
For each point p in S:
1. Compute its m nearest neighbors in T. Call this set Mp and let m'= |Mp ∩ L|.
2. If m'= m, p is a noisy example. Ignore p and continue to the next point.
3. If 0 ≤ m'≤m/2, p is safe. Ignore p and continue to the next point.
4. If m/2 ≤ m'≤ m, add p to the set DANGER.
For each point d in DANGER, apply the SMOTE algorithm to generate synthetic examples.
For each point p in S:
1. 计算点p在训练集T上的m个最近邻。我们称这个集合为Mp然后设 m'= |Mp ∩ L| (表示点p的最近邻中属于L的数量).
2. If m'= m, p 是一个噪声,不做任何操作.
3. If 0 ≤m'≤m/2, 则说明p很安全,不做任何操作.
4. If m/2 ≤ m'≤ m, 那么点p就很危险了,我们需要在这个点附近生成一些新的少数类点,所以我们把它加入到DANGER中.
最后,对于每个在DANGER中的点d,使用SMOTE算法生成新的样本.
我们应用Borderline-SMOTE1的参数设置为k=5,为了使得r=0.5
Borderline-SMOTE2
这个与Borderline-SMOTE1很像,只有最后一步不一样。
在DANGER集中的点不仅从S集中求最近邻并生成新的少数类点,而且在L集中求最近邻,并生成新的少数类点,这会使得少数类的点更加接近其真实值。
FORpinDANGER:1.在S和L中分别得到k个最近邻样本Sk和Lk。2.在Sk中选出α比例的样本点和p作随机的线性插值产生新的少数类样本3.在Lk中选出1−α比例的样本点和p作随机的线性插值产生新的少数类样本。
为了达到r=0.5 实验取k=5
组合方法(Combination)
SMOTE + Tomek Link Removal
SMOTE + ENN
集成方法(Ensemble)
EasyEnsemble
一个最简单的集成方法就是不断从多数类中抽取样本,使得每个模型的多数类样本数量和少数类样本数量都相同,最后将这些模型集成起来。
算法伪代码如下:
1. For i = 1, ..., N:
(a) 随机从 L中抽取样本Li使得|Li| = |S|.
(b) 使用Li和S数据集,训练AdaBoost分类器Fi。

2. 将上述分类器联合起来

BalanceCascad
这个方法跟EasyEnsemble有点像,但不同的是,每次训练adaboost后都会扔掉已被正确分类的样本,经过不断地扔掉样本后,数据就会逐渐平衡。
该图来自:刘胥影, 吴建鑫, 周志华. 一种基于级联模型的类别不平衡数据分类方法[J]. 南京大学学报:自然科学版, 2006, 42(2):148-155
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据工作的全流程中,数据清洗是最基础、最耗时,同时也是最关键的核心环节,无论后续是做常规数据分析、可视化报表,还是开展 ...
2026-03-20在大数据与数据驱动决策的当下,“数据分析”与“数据挖掘”是高频出现的两个核心概念,也是很多职场人、入门学习者容易混淆的术 ...
2026-03-20在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的全流程工作闭环中,统计制图是连接严谨统计分析与高效业务沟通的关键纽带,更是CDA ...
2026-03-20在MySQL数据库优化中,分区表是处理海量数据的核心手段——通过将大表按分区键(如时间、地域、ID范围)分割为多个独立的小分区 ...
2026-03-19在商业智能与数据可视化领域,同比、环比增长率是分析数据变化趋势的核心指标——同比(YoY)聚焦“长期趋势”,通过当前周期与 ...
2026-03-19在数据分析与建模领域,流传着一句行业共识:“数据决定上限,特征决定下限”。对CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言 ...
2026-03-19机器学习算法工程的核心价值,在于将理论算法转化为可落地、可复用、高可靠的工程化解决方案,解决实际业务中的痛点问题。不同于 ...
2026-03-18在动态系统状态估计与目标跟踪领域,高精度、高鲁棒性的状态感知是机器人导航、自动驾驶、工业控制、目标检测等场景的核心需求。 ...
2026-03-18“垃圾数据进,垃圾结果出”,这是数据分析领域的黄金法则,更是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师日常工作中时刻恪守的 ...
2026-03-18在机器学习建模中,决策树模型因其结构直观、易于理解、无需复杂数据预处理等优势,成为分类与回归任务的首选工具之一。而变量重 ...
2026-03-17在数据分析中,卡方检验是一类基于卡方分布的假设检验方法,核心用于分析分类变量之间的关联关系或实际观测分布与理论期望分布的 ...
2026-03-17在数字化转型的浪潮中,企业积累的数据日益庞大且分散——用户数据散落在注册系统、APP日志、客服记录中,订单数据分散在交易平 ...
2026-03-17在数字化时代,数据分析已成为企业决策、业务优化、增长突破的核心支撑,从数据仓库搭建(如维度表与事实表的设计)、数据采集清 ...
2026-03-16在数据仓库建设、数据分析(尤其是用户行为分析、业务指标分析)的实践中,维度表与事实表是两大核心组件,二者相互依存、缺一不 ...
2026-03-16数据是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师开展一切工作的核心载体,而数据读取作为数据生命周期的关键环节,是连接原始数 ...
2026-03-16在用户行为分析实践中,很多从业者会陷入一个核心误区:过度关注“当前数据的分析结果”,却忽视了结果的“泛化能力”——即分析 ...
2026-03-13在数字经济时代,用户的每一次点击、浏览、停留、转化,都在传递着真实的需求信号。用户行为分析,本质上是通过收集、整理、挖掘 ...
2026-03-13在金融、零售、互联网等数据密集型行业,量化策略已成为企业挖掘商业价值、提升决策效率、控制经营风险的核心工具。而CDA(Certi ...
2026-03-13在机器学习建模体系中,随机森林作为集成学习的经典算法,凭借高精度、抗过拟合、适配多场景、可解释性强的核心优势,成为分类、 ...
2026-03-12在机器学习建模过程中,“哪些特征对预测结果影响最大?”“如何筛选核心特征、剔除冗余信息?”是从业者最常面临的核心问题。随 ...
2026-03-12