机器学习的重要方面包括“ 特征选择 ”和“ 特征提取 ”。

机器学习中的特征选择与特征提取

什么是特性选择(或变量选择)?

选择学习算法的输入变量的某个子集的问题，它应该将注意力集中在这个子集上，而忽略其余的。换句话说，降维。作为人类，我们经常这样做!

什么是特征选择（或变量选择）？

数学上讲，

• 在给定一组特征F = {f1，…，fi，…，fn}的情况下，特征选择问题是找到一个“最大限度提高学习者分类模式能力”的子集
• F '应该最大化一些得分函数
• 这个通用定义包含特征选择(即特征选择算法也执行映射，但只能映射到输入变量的子集)

特征选择:两种思想流派

关于特征选择有两种观点

虽然上述两种思想共存，但我们将重点放在特征选择的动机上。

• 特别是在处理大量变量时，需要降维
• 特征选择可以显着提高学习算法的性能

维度的诅咒

所需的样本数量(为了达到同样的精度)随变量的数量呈指数增长。

在实践中:训练例子的数量是固定的。

分类器的性能通常会因为大量的特性而降低

在许多情况下，丢弃变量所丢失的信息是由较低维度空间中的更精确的映射/抽样所弥补的。

特征选择 - 最优性？

理论上，目标是找到最佳特征子集（最大化评分函数的子集）。

在实际应用中，这通常是不可能的。

对于大多数问题，搜索可能的特征子集的整个空间在计算上是难以处理的

通常必须满足最佳子集的近似值

该领域的大部分研究致力于寻找有效的搜索 - 启发式方法

最佳特征子集：

• 通常，根据分类器的性能来定义最佳特征子集
• 理论上最好的是希望贝叶斯误差率

特征相关性

在文献中有几种相关的定义。

• 1个变量的相关性，给定其他变量的相关性，给定学习算法的相关性。
• 大多数定义都是有问题的，因为有一些问题是所有的特性都被声明为不相关的
• 这可以通过两个相关性来定义:弱相关性和强相关性。
• 一个特征可能是相关的、弱相关、强相关或者不相关（冗余）。

变量/特征的强相关性：

设Si = {f1，...，fi-1，fi + 1，... fn}是除fi之外的所有特征的集合。用si表示对Si中所有特征的值赋值。

特征fi是强相关的，如果存在一些xi，y和si，其中p（fi = xi，Si = si）> 0，使得

p（Y = y | fi = xi; Si = si）≠p（Y = y | Si = si）

这意味着单独移除fi将总是导致最佳贝叶斯分类器的性能下降。

变量/特征的弱相关性：

特征fi是弱相关的，如果它不是非常相关的，并且存在Si的特征Si'的子集，其中存在一些xi，y和si'，其中p（fi = xi，Si'= si'）> 0这样

p（Y = y | fi = xi; Si'= si'）≠p（Y = y | Si'= si'）

这意味着，存在特征的一个子集的Si“使得在最佳的贝叶斯分类器的性能的Si”是差于Si’ U { fi }

总结

• 特性选择可以显著提高学习算法的性能(准确性和计算时间)——但这并不容易!
• 相关性< - >最优