大数据最全算法工程师面试八股（搜广推方向）_算法岗八股，2024年最新网易云的朋友给我这份339页的大数据开发面经_算法工程师面试八股文

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E

w

,

b

=

∑

i

=

1

m

(

y

i

−

1

1

e

−

(

w

T

x

i

b

)

)

2

E_{w,b}=\sum_{i=1}^{m}\left ( y_{i}-\frac{1}{1+e^{-\left ( w^{T}x_{i}+b \right )}}\right )^2

Ew,b​=∑i=1m​(yi​−1+e−(wTxi​+b)1​)2 ,是非凸的，不容易求解，会得到局部最优。

• 如果用最大似然估计，目标函数就是对数似然函数：

l

w

,

b

=

∑

i

=

1

m

(

−

y

i

(

w

T

x

i

b

)

l

n

(

1

e

w

T

x

i

b

)

)

l_{w,b}=\sum_{i=1}^{m}\left ( -y_{i}\left ( w^{T}x_{i}+b \right )+ln\left ( 1+e^{w{T}x_{i}+b} \right ) \right )

lw,b​=∑i=1m​(−yi​(wTxi​+b)+ln(1+ewTxi​+b)) ,是关于 (w,b) 的高阶连续可导凸函数，可以方便通过一些凸优化算法求解，比如梯度下降法、牛顿法等。

优点：

1. 直接对分类可能性进行建模，无需实现假设数据分布，这样就避免了假设分布不准确所带来的问题。
2. 形式简单，模型的可解释性非常好，特征的权重可以看到不同的特征对最后结果的影响。
3. 除了类别，还能得到近似概率预测，这对许多需利用概率辅助决策的任务很有用。

缺点：

1. 准确率不是很高，因为形势非常的简单，很难去拟合数据的真实分布。
2. 本身无法筛选特征。

推导：

从零开始学会逻辑回归（一）

二分类和多分类的损失函数

• BCE Loss:

L

=

1

N

∑

i

L

i

=

1

N

∑

i

[

y

i

l

o

g

(

p

i

)

(

1

−

y

i

)

l

o

g

(

1

−

p

i

)

]

L=\frac{1}{N}\sum_iL_i=\frac{1}{N}\sum_i[y_ilog(p_i)+(1-y_i)log(1-p_i)]

L=N1​∑i​Li​=N1​∑i​[yi​log(pi​)+(1−yi​)log(1−pi​)]

• CE Loss:

L

=

1

N

∑

i

L

i

=

−

1

N

∑

i

∑

c

=

1

M

y

i

c

l

o

g

(

p

i

c

)

L=\frac{1}{N}\sum_iL_i=-\frac{1}{N}\sum_i \sum^M_{c=1}y_{ic}log(p_{ic})

L=N1​∑i​Li​=−N1​∑i​∑c=1M​yic​log(pic​)

二分类和多分类的激活函数和损失

二分类为什么用交叉熵损失而不用MSE损失？

• 对概率分布更敏感： 交叉熵损失更适用于概率分布的比较，而二分类问题通常涉及到概率的预测。交叉熵损失能够衡量实际概率分布与预测概率分布之间的差异，更加敏感和有效。
• 梯度更新更好： 在分类问题中，交叉熵损失函数的梯度更为明确和稳定，相比之下，均方误差损失可能会导致训练过程中梯度消失或梯度爆炸的问题。
• 更好地表达分类目标： 交叉熵损失更加关注正确类别的预测概率，而均方误差对所有类别的预测概率都进行了平方差的计算，可能会导致对错误类别的概率影响不够明显。

偏差与方差

令y表示数据的label，f(x)表示测试数据的预测值，

f

(

x

)

‾

\overline{f(x)}

f(x)​表示学习算法对所有数据集的期望预测值。则偏差表示期望预测值

f

(

x

)

‾

\overline{f(x)}

f(x)​与标记y之间的差距，差距越大说明偏差越大；而方差是测试预测值f(x)与预测值的期望值

f

(

x

)

‾

\overline{f(x)}

f(x)​之间的差距，差距越大说明方差越大。偏差表征模型对数据的拟合能力；而方差表征数据集的变动导致的学习性能的变化，也就是泛化能力。

Layer Normalization 和 Batch Normalization

“独立同分布”的数据能让人很快地发觉数据之间的关系，因为不会出现像过拟合等问题。为了解决ICS（internal covarivate shift内部协变量漂移）问题，即数据分布会发生变化，对下一层网络的学习带来困难。一般在模型训练之前，需要对数据做归一化。

LayerNorm，对单个样本的所有维度特征做归一化，对模型中每个子层的输入归一化处理，使得每个特征的均值为0，方差为1。有助于缓解内部协变量偏移的问题，提高模型的训练效率和鲁棒性。

batch normalization是对一批样本的同一纬度特征做归一化。强行将数据转为均值为0，方差为1的正态分布，使得数据分布一致，并且避免梯度消失。而梯度变大意味着学习收敛速度快，能够提高训练速度。设batch_size为m，网络在向前传播时，网络 中每个神经元都有m个输出，BN就是将每个神经元的m个输出进行归一化处理。

• 标准化：求得均值为0，方差为1的标准正态分布

x

ˉ

i

\bar{x}_{i}

xˉi​

• 尺度变换和偏移：获得新的分布

y

i

y_i

yi​。均值为 β，方差为 γ（其中偏移 β 和尺度变换 γ 为需要学习的参数）。该过程有利于数据分布和权重的互相协调。

区别:

• 从操作上看：BN是对同一个batch内的所有数据的同一个特征数据进行操作；而LN是对同一个样本进行操作。
• 从特征维度上看：BN中，特征维度数=均值or方差的个数；LN中，一个batch中有batch_size个均值和方差。

关系:

• BN 和 LN 都可以比较好的抑制梯度消失和梯度爆炸的情况。BN不适合RNN、transformer等序列网络，不适合文本长度不定和batchsize较小的情况，适合于CV中的CNN等网络；
• 而LN适合用于NLP中的RNN、transformer等网络，因为sequence的长度可能是不一致的。
• 如果把一批文本组成一个batch，BN就是对每句话的第一个词进行操作，BN针对每个位置进行缩放就不符合NLP的规律了。

小结:

• 经过BN的归一化再输入激活函数，得到的值大部分会落入非线性函数的线性区，导数远离导数饱和区，避免了梯度消失，这样来加速训练收敛过程。
• 归一化技术就是让每一层的分布稳定下来，让后面的层能在前面层的基础上“安心学习”。BatchNorm就是通过对batch size这个维度归一化来让分布稳定下来（但是BN没有解决ISC问题）。LayerNorm则是通过对Hidden size这个维度归一。

【深度学习】batch normalization和layer normalization区别

SVM

为什么要从原问题转换为对偶问题求解？

• 不等式约束方程需要写成min max的形式来得到最优解。而这种写成这种形式对x不能求导，这种形式只能对拉格朗日乘子

α

\alpha

α求导，所以我们需要转换成max min的形式，这时候，x就在里面了，这样就能对x求导了。而为了满足这种对偶变换成立，就需要满足KKT条件（KKT条件是原问题与对偶问题等价的必要条件，当原问题是凸优化问题时，变为充要条件）。只用求解

α

\alpha

α系数，而

α

\alpha

α系数只有支持向里才非0，其它全部为0。

• 对偶问题将原始问题中的约束转为了对偶问题中的等式约束
• 方便核函数的引入，推广到非线性分类问题
• 改变了问题的复杂度。由求特征向量w转化为求比例系数a，在原始问题下，求解的复杂度与样本的维度有关，即w的维度。在对偶问题下，只与样本数量有关。

SVM从原始问题到对偶问题的转换及原因
SVM中，高斯核为什么会把原始维度映射到无穷多维？

数据不均衡

数据不均衡（如正例很少，负例很多）解决办法：

1. 欠采样：对负例进行欠采样。一种代表性算法是将负例分成很多份，每次用其中一份和正例一起训练，最后用集成学习综合结果。
2. 过采样：对正例进行过采样。一种代表性方法是对正例进行线性插值来获得更多的正例。
3. 调整损失函数：训练时正常训练，分类时将数据不均衡问题加入到决策过程中。例如在我做的文本检测项目中，正常训练，但是判断某个像素是否是文本时

L

o

s

s

=

−

β

Y

l

o

g

Y

^

−

(

1

−

β

)

(

1

−

Y

)

l

o

g

(

1

−

Y

^

)

Loss=-\beta{Y}log\hat{Y}-(1-\beta)(1-Y)log(1-\hat{Y})

Loss=−βYlogY^{−(1−β)(1−Y)log(1−Y})，其中Y是样本的标记，

Y

^

\hat{Y}

Y^是预测值，β是负样本和总体样本的比值。通过加入 β和1−β使得数量较少的正样本得到更多的关注，不至于被大量的负样本掩盖。
4. 组合/集成学习：例如正负样本比例1:100，则将负样本分成100份，正样本每次有放回采样至与负样本数相同，然后取100次结果进行平均。
5. 数据增强：单样本增强如几何变换、颜色变换、增加噪声；多样本组合增强如Smote类、SamplePairing、Mixup等方法在特征空间内构造已知样本的邻域值样本；基于深度学习数据增强

特征选择

目标是从原始特征集中选择最相关、最有用的特征，以提高模型性能和泛化能力。常用特征选择方法：

• 过滤式：独立于学习算法，据特征的统计属性对特征评估和排序。包括相关系数、卡方检验、信息增益、互信息法等。过滤式方法计算快速、简单，适用于高维数据，但可能忽略特征之间的相互关系。
  • 方差选择：计算特征在数据中的方差来判断是否保留。特征方差低于预先设定的阈值，这个特征可能没有足够的变化，对分类回归任务可能没有太大贡献，可以被移除。
  • 相关系数：用来衡量两个变量之间线性关系强度的指标。计算特征与目标变量之间的相关系数，选择与目标变量具有较高相关性的特征。
  • 卡方检验：适用于分类问题中的特征选择。计算特征与目标变量之间的卡方统计量，来衡量特征和目标之间的独立性。选择卡方值较大的特征，与目标变量更相关。
  • 互信息：衡量两个变量之间相关性的指标。计算特征与目标变量之间的互信息，选择与目标变量具有较高互信息的特征。
• 嵌入式（Embedded）：特征选择与学习算法的训练过程结合，特征选择作为学习算法的一部分。在学习算法中直接考虑特征的重要性，通过正则化、惩罚项或决策树剪枝等方式选择特征。嵌入式方法包括L1正则化（Lasso）、决策树的特征重要性、正则化的线性模型等。嵌入式方法可以在模型训练过程中自动选择特征，减少了特征选择的额外计算开销。
• 包裹式（Wrapper）：使用机器学习模型评估特征的重要性。在特征子集上进行交叉验证，选择性能最好的特征子集进行特征选择。基于树模型的方法（如决策树和随机森林）可以评估特征的重要性。树模型通过计算特征在树中的分裂次数和平均分裂增益衡量特征对模型的贡献。它直接使用最终学习算法对每个特征子集进行评估，可以更好地捕捉特征之间的相互作用。包裹式方法包括递归特征消除和遗传算法等。包裹式方法计算开销大、耗时长，适用于小规模数据和特定问题。

排序模型

旨在根据用户偏好和上下文信息，预测每个项目的相关性或排名，为用户提供最相关和个性化的结果。模型输入包括：

• 特征：描述每个项目的属性和上下文信息，如项目标签、关键词、评分、发布时间、用户特征等。特征可以是离散的、连续的或文本类型的。
• 用户信息：包括用户历史行为、兴趣偏好、地理位置等，用于个性化推荐和排序。
• 上下文信息：指在排序过程中可能影响用户偏好的其他因素，如时间、设备类型、浏览环境等。

常见排序模型包括：

• 点击率预测模型：通过预测用户点击每个项目的概率进行排序。包括逻辑回归、梯度提升树、神经网络等。
• 排序神经网络：使用神经网络来学习项目之间的相对排名关系。包括RankNet、LambdaRank和ListNet等。
• 线性模型和特征工程：基于线性模型结合特征工程技术学习特征权重和组合。包括线性回归、排序SVM等。
• 排序树模型：使用决策树排序，如LambdaMART和GBDT等。
  模型训练中常用损失函数包括交叉熵损失函数、均方误差损失函数、排序损失函数（如NDCG）等。为提高排序模型性能，可以采用特征选择、特征组合、正则化等技术。

树模型进行特征工程的原因

• 改善模型性能： 特征工程有助于提取更具预测性的特征，可以帮助模型更好地拟合数据，提升模型的预测性能。
• 降低过拟合风险： 合适的特征工程可以帮助模型更好地泛化到新的数据集上，降低过拟合的风险，提高模型的稳定性和泛化能力。
• 减少计算复杂度： 特征工程有助于减少特征空间的维度，从而减少计算复杂度，并加速模型的训练和预测过程。
• 提高可解释性： 通过合理的特征工程，可以使得模型更易于解释和理解，有助于深入理解数据特征对模型预测的影响。
• 解决特征相关性和噪音问题： 特征工程有助于发现和处理特征之间的相关性和噪音，使模型更加健壮。

GBDT

一种基于boosting增强策略的加法模型，训练时采用前向分布算法进行贪婪学习，迭代地训练一系列弱学习器，并将它们组合成一个强大的集成模型。每次迭代都学习一棵CART树来拟合之前t-1棵树的预测结果与训练样本真实值的残差。

LR和GBDT

LR是线性模型，可解释性强，很容易并行化，但学习能力有限，需要大量的人工特征工程。GBDT是非线性模型，具有天然的特征组合优势，特征表达能力强，但是树与树之间无法并行训练，且树模型很容易过拟合；当在高维稀疏特征的场景下，LR的效果一般会比GBDT好。

RF和GBDT

相同点：都是由多棵树组成，最终的结果都是由多棵树一起决定。
不同点：

• 集成学习：RF属于bagging思想，而GBDT是boosting思想
• 偏差-方差权衡：RF不断的降低模型的方差，而GBDT不断的降低模型的偏差
• 训练样本：RF每次迭代的样本是从全部训练集中有放回抽样形成的，而GBDT每次使用全部样本
• 并行性：RF的树可以并行生成，而GBDT只能顺序生成(需要等上一棵树完全生成)
• 最终结果：RF最终是多棵树进行多数表决（回归问题是取平均），而GBDT是加权融合
• 数据敏感性：RF对异常值不敏感，而GBDT对异常值比较敏感
• 泛化能力：RF不易过拟合，而GBDT容易过拟合

XGBoost

eXtreme Gradient Boosting用于解决分类和回归问题。基于梯度提升框架，集成多个弱学习器（决策树）逐步改善模型的预测能力。原理：

• 损失函数：回归问题常用平方损失函数；分类问题常用对数损失函数。
• 弱学习器：用决策树作弱学习器。决策树是一种基于特征的分层划分，每个节点对应一个特征及其划分条件。XGBoost中决策树通过贪婪算法生成，每次选择最大程度降低损失函数的特征和划分点。
• 梯度提升：使用梯度提升法集成多个弱学习器。每轮迭代中根据当前模型的预测结果计算损失函数的梯度，并将其作为新目标训练。新弱学习器通过拟合当前目标逐步改进模型预测能力。为控制每个弱学习器的贡献，引入了学习率缩小每轮迭代的步长。
• 正则化：防止模型过拟合。正则化项由两部分组成：L1正则化（Lasso）和L2正则化（Ridge）。L1正则化使部分特征权重变零，实现特征选择；L2正则化对权重惩罚，降低模型的复杂度。
• 树剪枝：构建决策树采用自动树剪枝策略。计算每个叶节点的分数与正则化项比较，决定是否剪枝。剪枝过程从树的底部开始，逐步向上剪除对模型贡献较小的分支。
• 特征重要性评估：提供一种度量特征重要性的方法，评估每个特征对模型预测的贡献程度。训练中会跟踪每个特征被用于划分的次数及划分后带来的增益。计算特征的重要性得分。

二阶泰勒展开优势

• xgboost是以MSE为基础推导出来的，xgboost的目标函数展开就是一阶项（残差）+二阶项的形式，而其他类似logloss这样的目标函数不能表示成这种形式。为了后续推导的统一，将目标函数进行二阶泰勒展开，就可以直接自定义损失函数了，只要二阶可导即可，增强了模型的扩展性。
• 二阶信息能够让梯度收敛的更快更准确，类似牛顿法比SGD收敛更快。一阶信息描述梯度变化方向，二阶信息可以描述梯度变化方向是如何变化的。
  xgboost是用二阶泰勒展开的优势在哪？

为什么快

• 分块并行：训练前每个特征按特征值进行排序并存储为Block结构，后面查找特征分割点时重复使用，并且支持并行查找每个特征的分割点
• 候选分位点：每个特征采用常数个分位点作为候选分割点
• CPU cache 命中优化： 使用缓存预取的方法，对每个线程分配一个连续的buffer，读取每个block中样本的梯度信息并存入连续的Buffer中。
• Block 处理优化：Block预先放入内存；Block按列进行解压缩；将Block划分到不同硬盘来提高吞吐

防止过拟合

• 目标函数添加正则项：叶子节点个数+叶子节点权重的L2正则化
• 列抽样：训练的时候只用一部分特征（不考虑剩余的block块即可）
• 子采样：每轮计算可以不使用全部样本，使算法更加保守
• shrinkage: 可以叫学习率或步长，为了给后面的训练留出更多的学习空间

处理缺失值

• XGBoost允许特征存在缺失值。在特征k上寻找最佳 split point 时，不会对该列特征 missing 的样本进行遍历，而只对该列特征值为 non-missing 的样本上对应的特征值进行遍历，通过这个技巧来减少了为稀疏离散特征寻找 split point 的时间开销。
• 在逻辑实现上，为了保证完备性，会将该特征值missing的样本分别分配到左叶子结点和右叶子结点，两种情形都计算一遍后，选择分裂后增益最大的那个方向（左分支或是右分支），作为预测时特征值缺失样本的默认分支方向。

树停止生长条件

• 当新引入的一次分裂所带来的增益Gain<0时，放弃当前的分裂。这是训练损失和模型结构复杂度的博弈过程。
• 当树达到最大深度时，停止建树，树深度太深容易过拟合，需要设置一个超参数max_depth。
• 引入一次分裂后，重新计算新生成的左、右两个叶子结点的样本权重和。如果任一个叶子结点的样本权重低于某一个阈值，也会放弃此次分裂。这涉及到一个超参数:最小样本权重和，是指如果一个叶子节点包含的样本数量太少也会放弃分裂，防止树分的太细。

处理不平衡数据

• 如采用AUC评估模型性能，可以通过设置scale_pos_weight参数来平衡正样本和负样本的权重。如正负样本比例为1:10时，scale_pos_weight可以取10；
• 如果在意预测概率(预测得分的合理性)，不能重新平衡数据集(会破坏数据的真实分布)，应该设置max_delta_step参数为一个有限数字（如1）来帮助收敛。max_delta_step参数通常不进行使用，二分类下的样本不均衡问题是这个参数唯一的用途。

树剪枝

• 在目标函数中增加了正则项：使用叶子结点的数目和叶子结点权重的L2模的平方，控制树的复杂度。
• 在结点分裂时，定义了一个阈值，如果分裂后目标函数的增益小于该阈值，则不分裂。
• 当引入一次分裂后，重新计算新生成的左、右两个叶子结点的样本权重和。如果任一个叶子结点的样本权重低于某一个阈值（最小样本权重和），也会放弃此次分裂。
• XGBoost 先从顶到底建立树直到最大深度，再从底到顶反向检查是否有不满足分裂条件的结点，进行剪枝。

选择最佳分裂点

XGBoost在训练前预先将特征按照特征值进行了排序，并存储为block结构，以后在结点分裂时可以重复使用该结构。因此，可以采用特征并行的方法利用多个线程分别计算每个特征的最佳分割点，根据每次分裂后产生的增益，最终选择增益最大的那个特征的特征值作为最佳分裂点。
如果在计算每个特征的最佳分割点时，对每个样本都进行遍历，计算复杂度会很大，这种全局扫描的方法并不适用大数据的场景。

XGBoost提供了一种直方图近似算法，使用weighted quantile sketch算法近似地找到best split，对特征排序后仅选择常数个候选分裂位置作为候选分裂点。
按比例来选择，从n个样本中抽取k个样本来进行计算，取k个样本中的最优值作为split value，这样就大大减少了运算数量。按样本均分会导致loss分布不均匀，取到的分位点会有偏差。我们要均分的是loss，而不是样本的数量。将样本对应的残差二阶导h作为划分依据，将同范围h占比的特征值划分到同一范围内。残差二阶导差异越大的地方，样本分布越稀疏，反之则稠密。加权意义在于把候选节点选取的机会更多地让于二阶导更大的地方，同时忽略导数差异小的节点。

Scalable性

• 基分类器的scalability：弱分类器可以支持CART决策树，也可以支持LR和Linear。
• 目标函数的scalability：支持自定义loss function，只需要其一阶、二阶可导。有这个特性是因为泰勒二阶展开，得到通用的目标函数形式。
• 学习方法的scalability：Block结构支持并行化，支持Out-of-core计算。

当数据量太大不能全部放入主内存的时候，为了使得out-of-core计算称为可能，将数据划分为多个Block并存放在磁盘上。计算时使用独立的线程预先将Block放入主内存，因此可以在计算的同时读取磁盘。但是由于磁盘IO速度太慢，通常更不上计算的速度。因此，需要提升磁盘IO的销量。Xgboost采用了2个策略：

• Block压缩（Block Compression）：将Block按列压缩，读取的时候用另外的线程解压。对于行索引，只保存第一个索引值，然后只保存该数据与第一个索引值之差(offset)，一共用16个bits来保存offset，因此，一个block一般有2的16次方个样本。
• Block拆分（Block Sharding）：将数据划分到不同磁盘上，为每个磁盘分配一个预取（pre-fetcher）线程，并将数据提取到内存缓冲区中。然后，训练线程交替地从每个缓冲区读取数据。这有助于在多个磁盘可用时增加磁盘读取的吞吐量。

特征重要性

• weight ：该特征在所有树中被用作分割样本的特征的总次数。
• gain ：该特征在其出现过的所有树中产生的平均增益。
• cover ：该特征在其出现过的所有树中的平均覆盖范围。
  注意：覆盖范围这里指的是一个特征用作分割点后，其影响的样本数量，即有多少样本经过该特征分割到两个子节点。

调参步骤

首先需初始化一些基本变量，如：max_depth = 5, min_child_weight = 1, gamma = 0, subsample, colsample_bytree = 0.8, scale_pos_weight = 1，确定learning rate和estimator的数量 lr可先用0.1，用xgboost.cv()来寻找最优的estimators。

• max_depth, min_child_weight: 首先将这两个参数设置为较大的数，通过迭代方式不断修正，缩小范围。max_depth每棵子树的最大深度，check from range(3,10,2)。min_child_weight子节点的权重阈值，check from range(1,6,2)。 如果一个结点分裂后，它的所有子节点的权重之和都大于该阈值，该叶子节点才可以划分。
• gamma: 最小划分损失min_split_loss，check from 0.1 to 0.5，对于一个叶子节点，当对它采取划分之后，损失函数的降低值的阈值。如果大于该阈值，则该叶子节点值得继续划分。如果小于该阈值，则该叶子节点不值得继续划分。
• subsample, colsample_bytree: subsample是对训练的采样比例，colsample_bytree是对特征的采样比例，both check from 0.6 to 0.9
• 正则化参数。alpha 是L1正则化系数，try 1e-5, 1e-2, 0.1, 1, 100。lambda 是L2正则化系数
• 降低学习率：降低学习率的同时增加树的数量，通常最后设置学习率为0.01~0.1

过拟合解决方案

有两类参数可以缓解：

1. 用于直接控制模型的复杂度。包括max_depth,min_child_weight,gamma 等参数
2. 用于增加随机性，从而使得模型在训练时对于噪音不敏感。包括subsample,colsample_bytree

直接减小learning rate，但需要同时增加estimator参数。

对缺失值不敏感

对存在缺失值的特征，一般的解决方法是：

• 离散型变量：用出现次数最多的特征值填充；
• 连续型变量：用中位数或均值填充；

一些模型如SVM和KNN，其模型原理中涉及到了对样本距离的度量，如果缺失值处理不当，最终会导致模型预测效果很差。而树模型对缺失值的敏感度低，大部分时候可以在数据缺失时时使用。原因是，一棵树中每个结点在分裂时，寻找的是某个特征的最佳分裂点（特征值），完全可以不考虑存在特征值缺失的样本，如果某些样本缺失的特征值缺失，对寻找最佳分割点的影响不是很大。

XGBoost对缺失数据有特定的处理方法, 因此，对于有缺失值的数据在经过缺失处理后：

• 当数据量很小时，优先用朴素贝叶斯
• 数据量适中或者较大，用树模型，优先XGBoost
• 数据量较大，也可以用神经网络
• 避免使用距离度量相关的模型，如KNN和SVM

XGBoost和RF单棵树哪个更深？

RF单颗树更深。Boosting主要关注降低偏差，因此Boosting能基于泛化性能相当弱的学习器构建出很强的集成；Bagging主要关注降低方差，因此它在不剪枝的决策树、神经网络等学习器上效用更为明显。
Bagging算法会并行地训练很多不同的分类器来降低方差variance：

E

[

h

−

E

(

h

)

]

E[h−E(h)]

E[h−E(h)],因为采用了相互独立的基分类器多了以后，h的值自然就会靠近E(h)。所以对于每个基分类器来说，目标就是降低偏差bias,所以会采用深度很深甚至不剪枝的决策树。对于Boosting来说，每一步会在上一轮的基础上更加拟合原数据，所以可以保证偏差bias,所以对于每个基分类器来说，问题就在于如何选择variance更小的分类器，即更简单的分类器，所以我们选择了深度很浅的决策树。

XGBoost和GBDT

• 梯度提升决策树：都属于梯度提升决策树算法。集成学习方法，组合多个决策树逐步减小预测误差，提高模型性能。
• 目标函数：使用相同的目标函数，通过最小化残差的平方和优化模型。每一轮迭代中，都会构建一个新的决策树来拟合前面模型的残差，以纠正之前模型的预测误差。
• 特征工程：都支持类别型特征和缺失值的处理。在构建决策树时能自动处理类别型特征，不需要独热编码等转换。

区别：

• 基分类器：XGBoost基分类器不仅支持CART决策树，还支持线性分类器，此时XGBoost相当于带L1和L2正则化项的Logistic回归(分类问题)或者线性回归(回归问题)。
• 正则化策略：XGBoost引入正则化防止过拟合，包括L1和L2正则化控制模型的复杂度。
• 算法优化：XGBoost使用近似贪心算法选择最佳分裂点，使用二阶导数信息更精准逼近真实的损失函数，来提高模型的拟合能力。支持自定义损失函数，只要损失函数一阶、二阶可导，可扩展性好。
• 样本权重：XGBoost引入样本权重概念，对不同样本赋予不同权重，从而对模型训练产生不同影响。在处理不平衡数据集或处理样本噪声时非常有用。
• 并行计算：XGBoost在多个线程上同时进行模型训练，使用并行计算和缓存优化加速训练过程。不是tree维度的并行，而是特征维度的并行。XGBoost预先将每个特征按特征值排好序，存储为块结构，分裂结点时可以采用多线程并行查找每个特征的最佳分割点，极大提升训练速度。GBDT通常是顺序训练的，无法直接进行并行化。
• 列抽样：XGBoost支持列采样，与随机森林类似，用于防止过拟合。

XGBoost和LightGBM

• 梯度提升决策树：都属于梯度提升决策树算法。集成学习方法，组合多个决策树逐步减小预测误差，提高模型性能。
• 特征工程：都支持类别型特征和缺失值的处理。在构建决策树时能自动处理类别型特征，不需要独热编码等转换。还能处理带缺失值的数据。
• 分布式训练：都支持分布式训练，可在分布式计算框架（如Spark）上运行。

区别：

• 算法速度：LightGBM在训练和预测速度上更快。LightGBM采用基于梯度的直方图决策树算法来加速训练过程，减少内存使用和计算复杂度。
• 内存占用：LightGBM具有更低的内存占用，适用于处理大规模数据集。使用了互斥特征捆绑算法和直方图算法来减少内存使用，提高了算法的扩展性。
• 正则化策略：都支持正则化策略来防止过拟合。XGBoost采用基于树的正则化（如最大深度、最小子样本权重等），LightGBM采用基于叶子节点的正则化（如叶子数、最小叶子权重等）。
• 数据并行和特征并行：XGBoost使用数据并行化，将数据划分为多个子集，每个子集在不同的计算节点上进行训练。LightGBM使用特征并行化，将特征划分为多个子集，每个子集在不同的计算节点上进行训练。

1. 树生长策略：XGB采用level-wise(按层生长)的分裂策略，LGB采用leaf-wise的分裂策略。XGB对每一层所有节点做无差别分裂，但是可能有些节点增益非常小，对结果影响不大，带来不必要的开销。Leaf-wise是在所有叶子节点中选取分裂收益最大的节点进行的，但是很容易出现过拟合问题，所以需要对最大深度做限制 。
2. 分割点查找算法：XGB使用特征预排序算法，LGB使用基于直方图的切分点算法，优势如下：
   • 减少内存占用，比如离散为256个bin时，只需要用8位整形就可以保存一个样本被映射为哪个bin(这个bin可以说就是转换后的特征)，对比预排序的exact greedy算法来说（用int_32来存储索引+ 用float_32保存特征值），可以节省7/8的空间。
   • 计算效率提高，预排序的Exact greedy对每个特征都需要遍历一遍数据，并计算增益，复杂度为
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