Adaboost (Παλινδρόμηση)

2.4.4

Adaboost (Παλινδρόμηση)

Ενημέρωση 2026-02-24 Ανάγνωση 3 λεπτά
Σύνοψη
  • Η παλινδρόμηση AdaBoost (AdaBoost.R2) βελτιώνει τις προβλέψεις αναθέτοντας μεγαλύτερα βάρη σε δείγματα με μεγαλύτερα υπολειπόμενα σφάλματα.
  • Οι ενημερώσεις βαρών εξαρτώνται από το προφίλ σφάλματος, επομένως ο θόρυβος και οι ακραίες τιμές επηρεάζουν άμεσα το τελικό σύνολο.
  • Η διασταυρούμενη επικύρωση των n_estimators και learning_rate είναι απαραίτητη για την ισορροπία μεταξύ ποιότητας προσαρμογής και γενίκευσης.

Εισαγωγή #

Η παλινδρόμηση AdaBoost τονίζει επανειλημμένα τις περιοχές όπου οι τρέχοντες προβλεπτές αποδίδουν χαμηλά. Ανακατανέμοντας την προσοχή σε δείγματα με υψηλό σφάλμα, το σύνολο αποτυπώνει μη γραμμικά μοτίβα υπολοίπων που μεμονωμένοι εκπαιδευτές συχνά αγνοούν.

Αναλυτική Επεξήγηση #

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import japanize_matplotlib
from sklearn.tree import DecisionTreeRegressor
from sklearn.ensemble import AdaBoostRegressor

# ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Αυτό το μοντέλο χρησιμεύει για τον έλεγχο του sample_weight του μοντέλου
class DummyRegressor:
    def __init__(self):
        self.model = DecisionTreeRegressor(max_depth=5)
        self.error_vector = None
        self.X_for_plot = None
        self.y_for_plot = None

    def fit(self, X, y):
        self.model.fit(X, y)
        y_pred = self.model.predict(X)

        # Τα βάρη υπολογίζονται με βάση το σφάλμα παλινδρόμησης.
        # https://github.com/scikit-learn/scikit-learn/blob/main/sklearn/ensemble/_weight_boosting.py#L1130
        self.error_vector = np.abs(y_pred - y)
        self.X_for_plot = X.copy()
        self.y_for_plot = y.copy()
        return self.model

    def predict(self, X, check_input=True):
        return self.model.predict(X)

    def get_params(self, deep=False):
        return {}

    def set_params(self, deep=False):
        return {}

Προσαρμογή μοντέλων παλινδρόμησης στα δεδομένα εκπαίδευσης #

# training dataset
X = np.linspace(-10, 10, 500)[:, np.newaxis]
y = (np.sin(X).ravel() + np.cos(4 * X).ravel()) * 10 + 10 + np.linspace(-2, 2, 500)

## train Adaboost regressor
reg = AdaBoostRegressor(
    DummyRegressor(),
    n_estimators=100,
    random_state=100,
    loss="linear",
    learning_rate=0.8,
)
reg.fit(X, y)
y_pred = reg.predict(X)

# Έλεγχος της προσαρμογής στα δεδομένα εκπαίδευσης.
plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.scatter(X, y, c="k", marker="x", label="訓練データ")
plt.plot(X, y_pred, c="r", label="prediction", linewidth=1)
plt.xlabel("x")
plt.ylabel("y")
plt.legend()
plt.show()

png

Οπτικοποίηση βαρών δειγμάτων (για loss=‘linear’) #

Ο Adaboost καθορίζει τα βάρη με βάση τα σφάλματα της παλινδρόμησης. Οπτικοποιήστε το μέγεθος των βαρών όταν ορίζεται ως ’linear’. Παρατηρήστε πώς τα δεδομένα με αυξημένα βάρη έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να επιλεγούν κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης.

loss{’linear’, ‘square’, ’exponential’}, default=‘linear’ The loss function to use when updating the weights after each boosting iteration.

sklearn.ensemble.AdaBoostRegressor

def visualize_weight(reg, X, y, y_pred):
    """Function for plotting the value (number of times sampled) corresponding to the weights of the sample

    Parameters
    ----------
    reg : sklearn.ensemble._weight_boosting
        boosting model
    X : numpy.ndarray
        training dataset
    y : numpy.ndarray
        target
    y_pred:
        prediction
    """
    assert reg.estimators_ is not None, "len(reg.estimators_) > 0"

    for i, estimators_i in enumerate(reg.estimators_):
        if i % 100 == 0:
            # Μέτρηση πόσες φορές εμφανίζονται τα δεδομένα στο σύνολο που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του i-οστού μοντέλου
            weight_dict = {xi: 0 for xi in X.ravel()}
            for xi in estimators_i.X_for_plot.ravel():
                weight_dict[xi] += 1

            # Σχεδιάστε τον αριθμό εμφανίσεων ως πορτοκαλί κύκλους στο γράφημα (όσο μεγαλύτερος ο αριθμός, τόσο μεγαλύτερος ο κύκλος)
            weight_x_sorted = sorted(weight_dict.items(), key=lambda x: x[0])
            weight_vec = np.array([s * 100 for xi, s in weight_x_sorted])

            # plot graph
            plt.figure(figsize=(10, 5))
            plt.title(f"Visualization of the weighted sample after creating the {i}-th model, loss={reg.loss}")
            plt.scatter(X, y, c="k", marker="x", label="training data")
            plt.scatter(
                estimators_i.X_for_plot,
                estimators_i.y_for_plot,
                marker="o",
                alpha=0.2,
                c="orange",
                s=weight_vec,
            )
            plt.plot(X, y_pred, c="r", label="prediction", linewidth=2)
            plt.legend(loc="upper right")
            plt.show()

## Δημιουργία μοντέλου παλινδρόμησης με loss="linear"
reg = AdaBoostRegressor(
    DummyRegressor(),
    n_estimators=101,
    random_state=100,
    loss="linear",
    learning_rate=1,
)
reg.fit(X, y)
y_pred = reg.predict(X)
visualize_weight(reg, X, y, y_pred)

png

png

## Δημιουργία μοντέλου παλινδρόμησης με loss="square"
reg = AdaBoostRegressor(
    DummyRegressor(),
    n_estimators=101,
    random_state=100,
    loss="square",
    learning_rate=1,
)
reg.fit(X, y)
y_pred = reg.predict(X)
visualize_weight(reg, X, y, y_pred)

png

png