集成学习大致可分为两大类:Bagging和Boosting。

Bagging一般使用强学习器,其个体学习器之间不存在强依赖关系,容易并行。

Boosting则使用弱分类器,其个体学习器之间存在强依赖关系,是一种序列化方法。

Bagging主要关注降低方差,而Boosting主要关注降低偏差。

Boosting是一族算法,其主要目标为将弱学习器“提升”为强学习器,大部分Boosting算法都是根据前一个学习器的训练效果对样本分布进行调整,再根据新的样本分布训练下一个学习器,如此迭代M次,最后将一系列弱学习器组合成一个强学习器。而这些Boosting算法的不同点则主要体现在每轮样本分布的调整方式上。

Boosting的两大经典算法为:AdaBoost和Gradient Boosting

AdaBoost是一个具有里程碑意义的算法,因为其是第一个具有适应性的算法,即能适应弱学习器各自的训练误差率,这也是其名称的由来(Ada为Adaptive的简写)。
AdaBoost的具体流程为先对每个样本赋予相同的初始权重,每一轮学习器训练过后都会根据其表现对每个样本的权重进行调整,增加分错样本的权重,这样先前做错的样本在后续就能得到更多关注,按这样的过程重复训练出M个学习器,最后进行加权组合。

在AdaBoost算法中,每一轮基学习器训练过后都会更新样本权重,再训练下一个学习器,最后将所有的基学习器加权组合。AdaBoost使用的是指数损失,这个损失函数的缺点是对于异常点非常敏感,,因而通常在噪音比较多的数据集上表现不佳。Gradient Boosting在这方面进行了改进,使得可以使用任何损失函数 (只要损失函数是连续可导的),这样一些比较鲁棒性的损失函数就能得以应用,使模型抗噪音能力更强。

Boosting的基本思想是通过某种方式使得每一轮基学习器在训练过程中更加关注上一轮学习错误的样本,区别在于是采用何种方式?AdaBoost采用的是增加上一轮学习错误样本的权重的策略,而在Gradient Boosting中则将负梯度作为上一轮基学习器犯错的衡量指标,在下一轮学习中通过拟合负梯度来纠正上一轮犯的错误。这里的关键问题是:为什么通过拟合负梯度就能纠正上一轮的错误了?Gradient Boosting的发明者给出的答案是:函数空间的梯度下降。

在Gradient Boosting框架中,最常用的基学习器是决策树 (一般是CART),二者结合就成了著名的梯度提升树 (Gradient Boosting Decision Tree, GBDT)算法。