软件工程学习日志2025.11.19

一、核心知识点梳理

1. 聚类算法：K-means（无监督学习的典型代表）

• 基本思想： 将数据集划分为K个簇，使得同一簇内的数据点尽可能相似，而不同簇间的数据点尽可能不同。

• 伪代码与流程：

1.  输入： 数据集 D，预设的簇数量 K。
2.  初始化： 随机选择K个数据点作为初始质心。
3.  迭代优化：a. 分配步骤： 计算每个数据点到各个质心的距离（如欧氏距离），并将其分配到最近的质心所在的簇。b. 更新步骤： 重新计算每个簇的质心（即该簇所有数据点的平均值）。
4.  终止条件： 当质心的位置不再发生显著变化，或达到最大迭代次数时，算法停止。
5.  输出： K个簇的划分结果。

• 关键认知：

◦   聚类属于无监督学习，因为训练数据没有标签，算法完全基于数据自身的分布结构进行划分。◦   对聚类结果的期望是 “簇内相似度高，簇间相似度低”。

2. 集成学习：通过组合多个模型提升性能

• 核心前提： 要获得好的集成效果，个体学习器（基学习器）必须具有一定的准确性和多样性。只有当个体学习器存在差异，犯不同的错误时，集成起来才能取长补短，提升泛化性能。

• 两大主流范式：Boosting 与 Bagging

特征 Boosting（提升法） Bagging（袋装法）

个体学习器关系 强依赖，必须串行生成。后一个模型重点关注前一个模型分错的样本。 相互独立，可以并行生成。

代表算法 AdaBoost, GBDT, XGBoost 随机森林

采样方式 每轮迭代调整训练样本的权重。 对训练集进行有放回随机采样。

3. 随机森林：Bagging的扩展与升华

• 基本思想： 随机森林是Bagging的一个特例和增强，它以决策树为基学习器，并在Bagging的样本扰动基础上，增加了特征扰动。

• 伪代码与核心机制：

1.  从原始训练集中进行Bootstrap采样（有放回抽样）T次，生成T个不同的训练子集。
2.  用每个训练子集训练一棵决策树。在训练每棵树的每个节点进行分裂时，不是从全部特征中找最优分裂点，而是先随机选取一个特征子集，然后从这个子集中找最优特征进行分裂。
3.  所有决策树组成“森林”。
4.  对新样本进行预测时，每棵树进行投票（分类）或取平均（回归），以最终结果作为森林的预测。

• 关键认知：

◦   随机森林通过样本采样和特征采样两种方式，进一步增加了个体决策树之间的多样性，有效降低了模型方差，防止过拟合，使其成为非常强大和稳健的算法。

二、重点题目复盘与解析

1. 填空题： 集成的个体学习器要（多样），集成后才更可能有性能的提升。
   ◦ 解析： 这是集成学习的根本原理。如果所有基学习器都一样，集成将没有意义。

2. 填空题： 随机森林除了对样本采样（样本扰动），还要对（特征）采样（属性扰动）。
   ◦ 解析： 这是随机森林区别于普通Bagging的关键，也是其名字中“随机”的由来。

3. 多选题： 个体学习器间存在强依赖关系必须使用（A. 串行, C. Boosting）方法进行集成。
   ◦ 解析： Boosting的工作机制就是串行的，后一个模型依赖于前一个模型的结果。

4. 单选题： 聚类算法属于（B. 无监督学习）。
   ◦ 解析： 聚类处理的是无标签数据。

5. 单选题： 聚类的结果期望“簇内相似度”（高），“簇间相似度”（低）。
   ◦ 解析： 这是评估聚类效果好坏的直观标准。

三、学习总结与反思

本次学习明确了监督学习（如分类、回归）与无监督学习（如聚类）的根本区别。重点掌握了两种重要的集成学习范式：
• Boosting 家族通过串行、关注错误的方式不断减小偏差，构建强模型。

• 随机森林 作为 Bagging 的杰出代表，通过并行、引入随机性的方式降低方差，实现“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”的效果。

理解这些算法背后的思想（为什么这么做），比死记硬背伪代码更重要。这为后续学习更复杂的模型（如GBDT, XGBoost）打下了坚实的基础。