Voting Classifier

Ein Voting Classifier ist ein Ensemble-Lernmodell in der maschinellen Lerntechnik, das die Vorhersagen mehrerer Basis-Klassifikatoren kombiniert, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei kann zwischen Hards- und Soft-Voting unterschieden werden, wobei Ersteres die Mehrheitsentscheidung nutzt und Letzteres auf der gewichteten Wahrscheinlichkeit der Vorhersagen basiert. Durch die Kombination verschiedener Modelle, wie Entscheidungsbäume und Support-Vector-Maschinen, kannst Du die Robustheit und Generalisierungsfähigkeit Deines Klassifizierungsmodells verbessern.

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      Voting Classifier Definition

      Voting Classifier ist ein wichtiges Konzept im Bereich des maschinellen Lernens. Es kombiniert die Vorhersagen mehrerer Modelle, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu verbessern. Stell Dir vor, Du hast mehrere Experten, die zu einem Thema Meinungen abgeben, und Du entscheidest auf Grundlage aller Meinungen. Genau das macht ein Voting Classifier.

      Warum Voting Classifier verwenden?

      Beim Einsatz von Voting Classifiers profitierst Du von Modellekombination, bei der sowohl die Stärken als auch die Schwächen unterschiedlicher Modelle genutzt und ausgeglichen werden. Dies gewährleistet oft bessere Gesamtleistungen als einzelne Modelle. Aber wie genau funktioniert das?

      Funktionsweise eines Voting Classifiers

      Es gibt zwei Hauptarten von Voting Classifiers: Hard Voting und Soft Voting.

      • Hard Voting: In Hard Voting gibt jedes Modell eine kategorische Prognose ab und die Kategorie mit den meisten Stimmen wird gewählt.
      • Soft Voting: In Soft Voting berücksichtigt jedes Modell seine Wahrscheinlichkeitsprognosen für jede Kategorie. Der gewichtete Durchschnitt dieser Wahrscheinlichkeiten wird dann verwendet, um die endgültige Entscheidung zu treffen.
      Wenn Du zum Beispiel drei Modelle hast, könnte das Voting Classifier die Prognosen dieser so kombinieren:
      Modell 1Stimme für Klasse A
      Modell 2Stimme für Klasse B
      Modell 3Stimme für Klasse A
      In einem Hard Voting-Szenario wäre Klasse A die endgültige Wahl, da sie die meisten Stimmen erhalten hat.

      Eine Frage, die oft aufkommt, ist, wie bei Soft Voting die Wahrscheinlichkeiten genau kombiniert werden. Nehme an, wir haben die Wahrscheinlichkeiten:

      • Modell 1: 0.8 für A, 0.2 für B
      • Modell 2: 0.3 für A, 0.7 für B
      • Modell 3: 0.6 für A, 0.4 für B
      Um diese zu kombinieren, würdest Du den gewichteten Durchschnitt berechnen:\[P(A) = \frac{0.8 + 0.3 + 0.6}{3}, P(B) = \frac{0.2 + 0.7 + 0.4}{3}\]Diese Berechnungen führen zu: \[P(A) = 0.5667 P(B) = 0.4333\]Daraus ergibt sich, dass die Klasse A als endgültiges Ergebnis gewählt wird, da sie die höhere Wahrscheinlichkeit hat.

      In einem praktischen Beispiel könntest Du einen Voting Classifier verwenden, um die Wirksamkeit eines medizinischen Treatments vorherzusagen. Drei Algorithmen (z.B. ein Entscheidungsbaum, ein KNN und ein SVM) können prognostizieren, ob ein Patient gut auf das Treatment ansprechen wird oder nicht. Durch das Kombinieren ihrer Vorhersagen mittels Soft Voting erreichst Du eine robustere Einschätzung ihrer Behandlungschancen.

      Du kannst die Gewichtung der Modelle im Soft Voting anpassen, um Modellen, die erfahrungsgemäß besser performen, mehr Einfluss zu geben. Dies passt die Entscheidung noch weiter an Deine spezifischen Bedürfnisse an.

      Voting Classifier Technik

      Ein Voting Classifier ist eine Technik im maschinellen Lernen, bei der mehrere Modelle kombiniert werden, um eine Vorhersage zu treffen. Diese Methode kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Vorhersagemodellen deutlich verbessern.

      Wie funktioniert ein Voting Classifier?

      Ein Voting Classifier kombiniert Vorhersagen mehrerer Base-Modelle, um eine konsolidierte Entscheidung zu treffen. Es gibt zwei Haupttypen von Voting-Verfahren:

      • Hard Voting: Bei Hard Voting wird die Klasse gewählt, die die Mehrheit der Modelle prognostiziert.
      • Soft Voting: Bei Soft Voting werden die Wahrscheinlichkeiten, die jedes Modell für jede Klasse berechnet, gemittelt, und die Klasse mit der höchsten durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit wird ausgewählt.

      Betrachte ein Beispiel für Soft Voting. Angenommen, wir haben die folgenden Wahrscheinlichkeitsausgaben der Modelle:

      • Modell 1: 0.4 für Klasse A, 0.6 für Klasse B
      • Modell 2: 0.5 für Klasse A, 0.5 für Klasse B
      • Modell 3: 0.7 für Klasse A, 0.3 für Klasse B
      Um die aggregierten Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, verwendest Du den Durchschnitt der Wahrscheinlichkeiten:\[P(A) = \frac{0.4 + 0.5 + 0.7}{3}, P(B) = \frac{0.6 + 0.5 + 0.3}{3}\]Die Resultate sind:\[P(A) = 0.5333, P(B) = 0.4667\]Daraus folgt, dass die Klasse A gewählt wird.

      In der Praxis könntest Du einen Voting Classifier verwenden, um die Eignung eines Bewerbers für einen Job vorherzusagen. Verschiedene Modelle, wie z.B. ein Entscheidungsbaum, ein Random Forest und ein KNN, könnten ihre Vorhersagen kombinieren, um eine durchdachte Entscheidung zu treffen.

      Um die besten Ergebnisse zu erzielen, versuche die Base-Modelle divers anzulegen, indem unterschiedliche Algorithmen oder Hyperparameter verwendet werden.

      sklearn Voting Classifier

      Der Voting Classifier in der sklearn Bibliothek ist ein wertvolles Werkzeug, um die Leistung verschiedener Modelltypen zu verstärken. Durch die Kombination der Prognosen verschiedener Algorithmen erzeugt der Voting Classifier eine robustere Gesamtvorhersage.

      Hard Voting Classifier

      Beim Hard Voting Classifier gibt jedes Modell eine diskrete Vorhersage ab. Die Klasse, die die meisten Stimmen erhält, wird als endgültige Vorhersage ausgewählt.Stell Dir vor, Du hast folgende Modelle:

      • Modell 1: Klasse A
      • Modell 2: Klasse B
      • Modell 3: Klasse A
      Die Klasse A wird gewählt, da sie die meisten Stimmen hat. Der entscheidende Vorteil ist, dass Fehlvorhersagen eines einzelnen Modells durch andere, korrekt vorhergesagte Modelle kompensiert werden können.

      Hard Voting Classifier: Ein Ensemble-Lernverfahren, bei dem die Klasse mit den meisten Vorhersagen über alle Modelle hinweg als endgültige Vorhersage festgelegt wird.

      Vermeide es, stark korrelierende Modelle zu verwenden, um die Vorteile der Diversität im Ensemble voll auszuschöpfen.

      Soft Voting Classifier

      Der Soft Voting Classifier beruht auf den Wahrscheinlichkeitsvorhersagen der Modelle. Anstatt eine feste Klasse zu wählen, werden die Wahrscheinlichkeiten jeder Klasse gemittelt und die Klasse mit der höchsten Gesamtdurchschnittswahrscheinlichkeit wird als Vorhersage gewählt.Betrachte ein Beispiel, bei dem drei Modelle Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Klassen ausgeben:

      Modell 1:Klasse A: 0.7, Klasse B: 0.3
      Modell 2:Klasse A: 0.6, Klasse B: 0.4
      Modell 3:Klasse A: 0.8, Klasse B: 0.2
      Berechnung der kombinierten Wahrscheinlichkeit für Klasse A:\[P(A) = \frac{0.7 + 0.6 + 0.8}{3} = 0.7\]Für Klasse B:\[P(B) = \frac{0.3 + 0.4 + 0.2}{3} = 0.3\]Hier wird Klasse A als endgültige Vorhersage ausgewählt.

      Im Soft Voting kannst Du auch Gewichtungen verwenden, um bestimmten Modellen mehr Einfluss zu geben. Dies ist besonders nützlich, wenn einige Modelle bekannterweise zuverlässiger sind. Angenommen, Du entscheidest Dich, Modell 3 wegen seiner bisherigen Genauigkeit doppelt zu gewichten. Die Berechnung würde dann lauten:\[P(A) = \frac{0.7 + 0.6 + 2 \times 0.8}{4} = 0.725\]\[P(B) = \frac{0.3 + 0.4 + 2 \times 0.2}{4} = 0.275\]Hier zeigt sich, dass Gewichtungen die Entscheidung in Richtung des bevorzugten Modells verschieben können.

      Bei Soft Voting ist es oft vorteilhaft, die Modelle so zu skalieren, dass ihre Ausgangs-Wahrscheinlichkeiten gleich gewichtet sind, um keine voreingenommenen Vorhersagen zu erhalten.

      Voting Classifier Beispiel

      Der Einsatz von Voting Classifiers in der Praxis hilft oft, die Genauigkeit von maschinellen Lernmodellen zu steigern. Stell Dir vor, Du arbeitest an einem Projekt zur Vorhersage von Krankheitsdiagnosen.

      Anwendung eines Voting Classifiers bei medizinischen Diagnosen

      Angenommen, Du hast drei verschiedene Modelle trainiert: Einen Entscheidungsbaum, einen k-Nearest Neighbors (KNN) und ein Random Forest. Diese Modelle haben unterschiedliche Stärken und Schwächen bei der Vorhersage von bestimmten Krankheitsmerkmalen. Durch die Kombination ihrer Vorhersagen mit einem Voting Classifier kannst Du die Gesamtleistung des Systems verbessern.Betrachte die folgenden Klassenvorhersagen der Modelle für einen Patienten:

      • Entscheidungsbaum: Positive Diagnose
      • KNN: Negative Diagnose
      • Random Forest: Positive Diagnose
      Bei Hard Voting wäre die endgültige Diagnose positiv, da sie die Mehrheit der Vorhersagen ist.

      Nun stelle Dir vor, dass die Modelle Wahrscheinlichkeiten wie folgt ausgeben:

      EntscheidungsbaumPositiv: 0.7, Negativ: 0.3
      KNNPositiv: 0.4, Negativ: 0.6
      Random ForestPositiv: 0.8, Negativ: 0.2
      Im Soft Voting würdest Du die Wahrscheinlichkeiten für eine positive Diagnose wie folgt berechnen:\[P(\text{Positiv}) = \frac{0.7 + 0.4 + 0.8}{3} = 0.6333\]Und für eine negative Diagnose:\[P(\text{Negativ}) = \frac{0.3 + 0.6 + 0.2}{3} = 0.3667\]Somit wäre die Diagnose mit Soft Voting ebenfalls positiv.

      Lassen Sie uns noch einen Schritt weitergehen und annehmen, dass Random Forest zusätzliche Informationen erhält, was zu einer Gewichtung führt. Die gewichteten Wahrscheinlichkeiten sind dann:

      • Entscheidungsbaum: Positiv: 0.7, Negativ: 0.3
      • KNN: Positiv: 0.4, Negativ: 0.6
      • Random Forest (gewichtete 2-fache Gewichtung): Positiv: 0.8 \(\times 2\), Negativ: 0.2 \(\times 2\)
      Die Wahrscheinlichkeiten werden wie folgt berechnet:\[P(\text{Positiv}) = \frac{0.7 + 0.4 + 2 \times 0.8}{4} = 0.675\]\[P(\text{Negativ}) = \frac{0.3 + 0.6 + 2 \times 0.2}{4} = 0.325\]Durch die Gewichtung favorisierst Du das Modell, das die vorherigen Diagnosen mit hoher Genauigkeit geliefert hat.

      Das Gewicht eines Modells kann angepasst werden, abhängig von seiner Historie oder der Verlässlichkeit seiner Vorhersagen in Deinem speziellen Anwendungsfall.

      Voting Classifier - Das Wichtigste

      • Voting Classifier Definition: Ein Konzept im maschinellen Lernen, das die Vorhersagen mehrerer Modelle kombiniert, um die gesamte Genauigkeit zu verbessern.
      • Voting Classifier Technik: Einsatz von mehreren Modellen, um eine konsolidierte Vorhersage zu treffen, mit Optionen für hard und soft voting.
      • Hard Voting Classifier: Wählt die Klasse, die die Mehrheit der Modelle prognostiziert, basierend auf Stimmen.
      • Soft Voting Classifier: Verwendet Wahrscheinlichkeiten jeder Klasse und wählt die Klasse mit der höchsten durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit aus.
      • sklearn Voting Classifier: Eine Funktion in der sklearn-Bibliothek, die die Leistung von Modellen durch Kombination ihrer Vorhersagen verstärkt.
      • Voting Classifier Beispiel: Praktisches Szenario, z.B. medizinische Vorhersagen, bei dem die Kombination verschiedener Modelle die Diagnosegenauigkeit verbessert.
      Häufig gestellte Fragen zum Thema Voting Classifier
      Wie funktioniert ein Voting Classifier im Bereich des maschinellen Lernens?
      Ein Voting Classifier kombiniert die Vorhersagen mehrerer Modelle, um die finale Entscheidung zu treffen. Es gibt zwei Hauptarten: hartes Voting, bei dem die Modellausgabe mit den meisten Stimmen gewählt wird, und weiches Voting, das auf der aggregierten Wahrscheinlichkeitsverteilung basiert und den Klassenwert mit der höchsten durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit bestimmt.
      Welche Vorteile bietet ein Voting Classifier gegenüber einem einzelnen Modell?
      Ein Voting Classifier kombiniert die Vorhersagen mehrerer Modelle und kann dadurch die Genauigkeit verbessern und Fehler einzelner Modelle ausgleichen. Er reduziert das Risiko von Überanpassung, da er auf der Weisheit der Gruppe basiert, und erhöht die Robustheit des Gesamtmodells durch die Diversität der beteiligten Algorithmen.
      Wie kombiniert man verschiedene Modelle in einem Voting Classifier?
      In einem Voting Classifier kombiniert man verschiedene Modelle, indem man sie parallel trainiert und dann ihre Vorhersagen entweder per Mehrheitsentscheidung (hard voting) oder nach der Wahrscheinlichkeit (soft voting) aggregiert, um die finale Entscheidung zu treffen.
      Welche Arten von Voting Classifiers gibt es und wie unterscheiden sie sich?
      Es gibt zwei Hauptarten von Voting Classifiers: Hard Voting und Soft Voting. Bei Hard Voting entscheidet die Mehrheit der Modelle über die finale Klasse. Bei Soft Voting werden die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Modelle gemittelt, und die Klasse mit der höchsten durchschnittlichen Wahrscheinlichkeit wird gewählt.
      Wie wirkt sich die Auswahl der Basis-Modelle auf die Leistung eines Voting Classifiers aus?
      Die Auswahl der Basis-Modelle hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung eines Voting Classifiers. Diversität und Komplementarität der Modelle erhöhen die Gesamtgenauigkeit, da verschiedene Modelle unterschiedliche Fehler machen. Eine kluge Auswahl kann Überanpassung minimieren und Robustheit gegenüber Datenvariationen verbessern.
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