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Python数据分析与机器学习实战＜十＞贝叶斯算法

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贝叶斯算法概述

贝叶斯要解决的“逆泛化”问题

正向概率：

设袋子里有M个白球N个黑球，求摸出黑球的概率之类的概率叫正向概率。

逆向概率：（也就是贝叶斯解决的问题）

如果我们事先不知道袋子里黑白球的比例，然后闭上眼睛去摸球，根据我们摸到的球的颜色，我们可以对黑球和白球的比例做出一定的推论。袋子里的白球。

为什么要使用贝叶斯？

现实世界本身是不确定的，人们的观察能力是有限的。

我们在日常生活中所观察到的只是事物的表面，因此需要提供一些猜测。

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贝叶斯推导示例

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SimplifyPython数据分析与机器学习实战＜十＞贝叶斯算法

贝叶斯公式

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贝叶斯——“拼写校正”示例

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先验概率

指根据过去的经验和分析得出的概率。与实际情况挂钩。

对上面的例子来说，p(h)为先验概率（即每个词在字典中出现的概率）

Python数据分析与机器学习实战＜十＞贝叶斯算法∝表示成比例

似然度由编辑距离决定：即两个词之间不同字母的数量等或其他指标

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“垃圾邮件过滤”示例

模型比较理论

最大似然估计

最符合观测数据的（差一个的比差两个的更优）（即P(D|h)最大的）最有优势

奥卡姆剃刀

P(h)较大的模型有较大的优势

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奥卡姆剃刀法则：高阶多项式不太常见。 （高阶容易过拟合）

垃圾邮件过滤实例

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拼写检查器的贝叶斯实现

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Python数据分析与机器学习实战＜十＞贝叶斯算法

# 把语料中的单词抽取出来，转成小写，并且去除单词中间的特殊符号
import re,collections

def words(text):
    return re.findall('[a-z]+',text.lower())
def train(features):
    model = collections.defaultdict(lambda: 1)# 所有词统计过后最少出现1次
    for f in features:
        model[f] += 1
    return model

NWORDS=train(words(open('E:/data/my_data/spelling_correct.txt').read()))
# print(NWORDS)
alphabet='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
#  编辑距离
# 返回所有与word编辑距离为 1 的集合
def edits1(word): 
    n=len(word)
    return set([word[0:i]+word[i+1:] for i in range(n)]+  #delete（删除次数）
               [word[0:i]+word[i+1]+word[i]+word[i+2:] for i in range(n-1)]+ #transposition（交换次数）
               [word[0:i]+c+word[i+1:] for i in range(n) for c in alphabet]+ # alteration（替换次数）
               [word[0:i]+c+word[i:] for i in range(n+1) for c in alphabet]) #insertion（插入次数）

# 返回编辑距离为2 的单词 
def edists2(word): 
    return set(e2 for e1 in edits1(word) for e2 in edits1(e1))

# 返回那些正确的词作为候选词
def known(words):
    return set(w for w in words if w in NWORDS) 

# 检查器：先判断是不是正确的拼写形式，如果不是则选出编辑距离为1的单词……
def correct(word):
    # 如果known(set)非空，candidate就会选取这个集合，而不继续计算后面的
    candidates=known([word])or known(edits1(word)) or known(edists2(word)) or [word]
    # 返回概率最大的内个词
    return max(candidates,key=lambda w:NWORDS[w])

# 效果展示
# mach-->much
print(correct('mach'))
# appl-->apply
print(correct('appl'))
# appla-->apply
print(correct('appla'))
# learw-->learn
print(correct('learw'))
# tess-->test(输出less：有点不准确，可能是因为语料中less出现的频率高一些)
print(correct('tess'))
# morw-->more
print(correct('morw'))
much
apply
apply
learn
less
more

文本分析和关键词提取

文本数据（由字符串组成）

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 停用词

语料库中大量出现但用处不大的词（对正文的内容主题没有影响）（截取的一部分如下）

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 Tf(词频)-idf(逆文档频率):关键词提取

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相似度计算

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语料清洗(去停用词、筛选重复句子等)–>分词(jieba库)–>构造语料库–>词频向量(机器认识)

余弦相似度（即两个向量夹角的余弦值）

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案例：新闻数据分类

process:

#数据源：搜狗实验室-->新闻数据
import pandas as pd
import jieba

df_news = pd.read_table('',names=['category','theme','URL','content'],encoding='utf-8')
df_news = df_news.dropna() #去掉缺失值
df_news.head()

# notebook分段运行

df_news.shape

# notebook分段运行

#分词：使用jieba分词器
content = df_news.content.values.tolist()# 将内容转化为列表（jieba分词器要求）
print(content[1000])

content_s = []
for line in content:
    current_segment = jieba.lcut(line)
    if len(current_segment)>1 and current_segment != '\r\n': #换行符
        content_s.append(current_segment)
content_s[1000]

# notebook分段运行
df_content=pd.DataFrame({'conten_s':content_s})
df_content.head()
# notebook分段运行
# stopwords.txt：停用词表
stopwords=pd.read_csv("stopwords.txt",index_col=False,sep="\t",quoting=3,names=['stopword'],encoding='utf-8')
stopwords.head(20)
# notebook分段运行
# 去除停用词
def drop_stopwords(contents,stopwords):
    contents_clean=[]
    all_words=[]
    for line in contents:
        line_clean=[]
        for word in line:
            if word in stopwords:
                continue
            line_clean.append(word)
            all_words.append(str(word))#为做词云准备
        contents_clean.append(line_clean)
    return contents_clean.all_words
# print(contents_clean)

content = df_content.content_s.value.tolist()
stopwords = stopwords.stopword.values.tolist()
contents_clean.all_words=drop_stopwords(contents,stopwords)
# notebook分段运行
df_content=pd.DataFrame({'contents_clean':contents_clean})
df_content.head()
# notebook分段运行
df_all_words=pd.DataFrame({'all_words':all_words})
df_all_words.head()
# notebook分段运行
words_count=df_all_words.groupby(by=['all_words'])['all_words'].agg({'count':numpy.size})
words_count=words_count.reaet_index().sort_values(by=["count"],ascending=False)
words_count.head()
# notebook分段运行
from wordcloud import WordCloud
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
import matplotlib
matplotlib.rcParams['figure.figsize']=(10.0,5.0)

wordcloud=WordCloud(font_path="",background_color="white",max_font_size=80)
word_frequence={x[0]:x[1] for x in words_count.head(100).values}
woldcloud=wordcloud.fit_words(word_frequence)
plt.imshow(wordcloud)
# notebook分段运行
#TF-IDF关键词提取
import jieba.analyse
index=1000
print(df_news['content'][index])
content_s_str="".join(content_s[index])
print(" ".join(jieba.analyse.extract_tags(contents_s_str,topK=5,withWeight=False)))
# notebook分段运行
#LDA：主题模型
#格式要求：list of list 形式，分词好的整个语料
from gensim import corpora, models, similarities
import gensim
#做映射，相当于词袋
dictionary=corpora.Dictionary(contents_clean)
corpus=[dictionary.doc2bow(sentence) for sentence in contents_clean]
#类似Kmeans自己指定K值  num_topics=20：想得到20个主题，可自己指定
lda=gensim.models.ldamodel.LdaModel(corpus=corpus, id2word=dictionary, num_topics=20)
# notebook分段运行
#1号分类结果
print(lda.print_topic(1,topn=5))
# notebook分段运行
for topic in lda.print_topics(num_topics=20,num_words=5):
    print(topic[1])
# notebook分段运行
# 贝叶斯分类器分类
df_train=pd.DataFrame({'contents_clean':contents_clean,'label':df_news['category']})
df_train.head()

df_train.label..unique()# label不重复的值
# notebook分段运行
label_mapping={"汽车":1,"":2,"":3,"":4,"":5,"":6,"":7,"":8,"":9,"":10}
df_train['label']=df_train['label'].map(label_mapping)
df_train.head()
# notebook分段运行
from sklearn.model_selection import train_test_split
x_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(df_train['contents_clean'].values,df_train['label'].value,random_state=1)

x_train[0][1]
# notebook分段运行
words=[]
for line_index in range(len(x_train)):
    try:
        words.append(' '.join(x_train[line_index]))
    except:
        print(line_index,word_index)
print(words[0])
print(len(words))
# notebook分段运行
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
texts=['dog cat fish','dog cat cat','fish bird','bird']
cv=CountVectorizer()  #向量构造器
cv_fit=cv.fit_transform(texts)

print(cv.get_features_names())
print(cv_fit.toarray())

print(cv_fit.toarray().sum(axis=0))
# notebook分段运行
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
texts=['dog cat fish','dog cat cat','fish bird','bird']
cv=CountVectorizer(ngram_range=(1,4))  #向量构造器(加上参数)
cv_fit=cv.fit_transform(texts)

print(cv.get_features_names())
print(cv_fit.toarray())

print(cv_fit.toarray().sum(axis=0))
# notebook分段运行
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer

vec=CountVectorizer(analyze='word',max_features=4000, lowercase=False)
vec.fit(words)
# notebook分段运行
from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
classifier=MultinomalNB() #贝叶斯分类器
classifier.fit(vec.transform(words),y_train)
# notebook分段运行
test_words=[]
for line_index in range(len(x_test)):
    try:
        test_words.append(' '.join(x_test[line_index]))
    except:
        print(line_index,word_index)
print(test_words[0])
# notebook分段运行
classifier.score(vec.transform(test_words),y_test) #基本贝叶斯精度
# notebook分段运行
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
vectorizer = TfidfVectorizer(analyzer='word',max_features=4000,lowercase=False)
vectorizer.fit(words)

from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
classifier=MultinomalNB() #贝叶斯分类器
classifier.fit(vec.transform(words),y_train)
# notebook分段运行
classifier.score(vec.transform(test_words),y_test) #构造向量方式不同，结果不同

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