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标题: 深度学习：分类和回归的区别 [打印本页]

作者: 去皮卡多 时间: 2025-3-18 04:59
标题: 深度学习：分类和回归的区别
分类和回归是两种核心的监督学习任务，它们的差别体现在目标、输出类型、算法、评价指标和应用场景上。
两者概念上的区别

1. 任务目标

分类（Classification）：分类的目标是根据输入数据的特征，将其分配到一个预定义的离散种别中。这个种别可以是二分类（如“是”和“否”），也可以是多分类（如“苹果”、“香蕉”和“橙子”）。在分类任务中，模型试图找到输入特征与种别之间的关系，以准确猜测每个数据的所属种别。比方，利用图像辨认模型来判定一张图片是猫还是狗。
回归（Regression）：回归的目标是根据输入特征猜测一个一连数值，通常是一个在特定范围内的浮点数。模型在回归任务中学习的是输入特征与输出数值之间的关系，并以此来做出准确的数值猜测。比方，猜测房屋价格、天气温度或股票价格。

2. 输出类型

分类：输出是离散的、有限的标签。比方，在垃圾邮件分类中，模型可能会输出“垃圾邮件”或“非垃圾邮件”的标签。即使是多分类任务，如辨认手写数字0到9的图片，模型的输出也是此中之一的整数标签。
回归：输出是一个一连值，没有固定的范围限定。回归模型的目标是尽可能接近真实的数值。比方，猜测一个都会的房价，模型的输出可能是浮动的小数，如 250,000.75 或 1,000,000.90，不受固定种别的限定。

3. 常用的评价指标

分类和回归的评价指标因任务目标的不同而有所不同：

分类：
- 准确率（Accuracy）：衡量模型猜测正确的样本占总样本的比例，是一种常见的分类评价尺度，但在数据不平衡的环境下可能不实用。
- 精确率（Precision）：猜测为正类的样本中实际为正类的比例。常用于评估模型在不平衡数据集上的表现。
- 召回率（Recall）：实际为正类的样本中被正确猜测为正类的比例。适适用来评估模型对少数类的辨认结果。
- F1分数（F1 Score）：精确率和召回率的调平静均，用于平衡二者。
- AUC-ROC曲线：实用于二分类，衡量模型在不同阈值下的猜测本事。AUC值越接近1，模型性能越好。
回归：
- 均方偏差（MSE）：猜测值与真实值差的平方的平均值。较大的差距会导致更大的偏差值，MSE更适合关注偏差幅度的任务。
- 均方根偏差（RMSE）：均方偏差的平方根，与输出的单元一致，便于理解猜测偏差的绝对巨细。
- 平均绝对偏差（MAE）：猜测值与真实值差的绝对值的平均。与MSE相比，MAE对极端偏差不敏感，因此更适合噪声较多的环境。
- R²评分（R-squared）：解释猜测值与真实值之间的线性关系，越接近1表现模型越准确。

4. 应用场景

分类：
- 医学诊断：比方猜测是否患有某种疾病（分类结果通常是“是”或“否”）。
- 垃圾邮件检测：根据邮件内容判定是否为垃圾邮件。
- 图像辨认：如人脸辨认，辨认图像中的对象是“猫”还是“狗”。
- 情绪分析：从文本中判定感情倾向（如“积极”、“消极”或“中性”）。
回归：
- 房价猜测：通过房屋的特征（如面积、地理位置）猜测价格。
- 股票价格猜测：基于历史数据和市场趋势猜测未来的股票价格。
- 用电量猜测：根据历史数据猜测未来某时段的电力需求。
- 体重猜测：根据个人的饮食、活动量等特征猜测体重。

5. 算法选择

分类和回归任务的模型算法选择也有所不同：

分类算法：
- 逻辑回归（Logistic Regression）：用于二分类任务，输出概率值。
- 支持向量机（SVM）：实用于二分类和多分类，可以或许在高维空间中找到最佳分类边界。
- 决议树与随机丛林（Decision Tree & Random Forest）：生成树形布局决议模型，适合分类和回归任务，但通常用作分类。
- 神经网络（如 CNN、RNN）：卷积神经网络适合图像分类任务，循环神经网络适合序列数据分类。
回归算法：
- 线性回归（Linear Regression）：用于简单的线性关系回归，适合一连数值的猜测。
- 岭回归与Lasso回归（Ridge & Lasso Regression）：线性回归的正则化情势，用于防止过拟合。
- 支持向量回归（SVR）：支持向量机的回归情势，适合非线性回归任务。
- 神经网络：用于复杂关系的回归任务，尤其适合高维数据。

6. 示例对比

分类问题示例：在名誉评分系统中，将用户分为“高风险”和“低风险”两类。目标是确定一个用户的风险种别。
回归问题示例：在贷款申请中，猜测用户的还款本事分数。这里的输出是一个一连值，用于衡量还款本事的高低。

总结

分类：用于将数据分配到预定义的种别中，输出离散值。实用于辨认、检测等任务。
回归：用于猜测一个一连数值，输出范围无限定。实用于数值猜测任务。
评价指标不同：分类常用准确率、精确率等，回归常用均方偏差、平均绝对偏差。
应用范畴不同：分类适合鉴别性任务（如图像分类），回归适合猜测性任务（如房价猜测）。

两者代码上的区别

分类和回归任务的代码实现上存在一些显著的差别，尤其是在数据准备、模型输出层的设置、损失函数、评价指标和模型猜测的后处理方面。以下是代码实现中常见的不同之处。

1. 数据准备

分类：通常必要将标签数据转换为离散种别编码（比方利用 one-hot 编码），以便模型可以输出多个种别的概率分布。
回归：标签数据通常是一连值，直接作为目标值输入模型，不必要特别处理。

示例：

# 分类任务：将标签转换为 one-hot 编码
from tensorflow.keras.utils import to_categorical
y_train = to_categorical(y_train, num_classes=10) # 假设10个类别
# 回归任务：不需要对标签进行编码，直接使用连续值
y_train = y_train.astype(np.float32) # 确保标签数据为浮点型

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2. 模型输出层的设置

分类：通常利用 softmax 激活函数，输出多个种别的概率分布。输出节点数目等于种别数。
回归：不必要利用激活函数，输出一个节点用于猜测一连值。

示例：

from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense
model = Sequential()
model.add(Dense(64, activation='relu', input_shape=(input_dim,)))
# 分类任务的输出层
model.add(Dense(10, activation='softmax')) # 10个类别
# 回归任务的输出层
model.add(Dense(1)) # 1个节点用于输出连续值

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3. 损失函数

分类：利用分类损失函数，比方 categorical_crossentropy 或 sparse_categorical_crossentropy，用于盘算猜测概率分布与真实标签之间的差别。
回归：利用回归损失函数，比方 mean_squared_error 或 mean_absolute_error，用于衡量猜测值与实际值之间的偏差。

示例：

from tensorflow.keras.optimizers import Adam
# 分类任务的损失函数
model.compile(optimizer=Adam(), loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])
# 回归任务的损失函数
model.compile(optimizer=Adam(), loss='mean_squared_error', metrics=['mean_absolute_error'])

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4. 模型评价指标

分类：常用的评价指标包括 accuracy（准确率）、precision（精确率）、recall（召回率）等。
回归：常用的评价指标包括 mean_squared_error（均方偏差）、mean_absolute_error（平均绝对偏差）等。

示例：

# 分类任务的评价指标
model.compile(optimizer=Adam(), loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])
# 回归任务的评价指标
model.compile(optimizer=Adam(), loss='mean_squared_error', metrics=['mean_absolute_error'])

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5. 模型猜测后处理

分类：模型输出是各种别的概率分布，通常利用 argmax 提取概率最大的种别作为猜测结果。
回归：直接输出猜测的一连数值，不必要额外处理。

示例：

# 分类任务
y_pred = model.predict(X_test)
y_pred_classes = np.argmax(y_pred, axis=1) # 提取概率最大的类别
# 回归任务
y_pred = model.predict(X_test) # 直接输出预测的连续值

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6. 完备代码示例

分类任务代码示例：
1. from tensorflow.keras.models import Sequential
2. from tensorflow.keras.layers import Dense
3. from tensorflow.keras.utils import to_categorical
4. from tensorflow.keras.optimizers import Adam
6. # 假设输入维度和类别数
7. input_dim = 100
8. num_classes = 10
10. # 模型定义
11. model = Sequential()
12. model.add(Dense(64, activation='relu', input_shape=(input_dim,)))
13. model.add(Dense(num_classes, activation='softmax')) # 输出类别概率
15. # 编译模型
16. model.compile(optimizer=Adam(), loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])
18. # 生成示例数据
19. X_train = np.random.random((1000, input_dim))
20. y_train = np.random.randint(num_classes, size=(1000,))
21. y_train = to_categorical(y_train, num_classes=num_classes)
23. # 训练模型
24. model.fit(X_train, y_train, epochs=10, batch_size=32)
26. # 预测
27. y_pred = model.predict(X_test)
28. y_pred_classes = np.argmax(y_pred, axis=1) # 输出类别
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回归任务代码示例：
1. from tensorflow.keras.models import Sequential
2. from tensorflow.keras.layers import Dense
3. from tensorflow.keras.optimizers import Adam
5. # 假设输入维度
6. input_dim = 100
8. # 模型定义
9. model = Sequential()
10. model.add(Dense(64, activation='relu', input_shape=(input_dim,)))
11. model.add(Dense(1)) # 输出一个连续值
13. # 编译模型
14. model.compile(optimizer=Adam(), loss='mean_squared_error', metrics=['mean_absolute_error'])
16. # 生成示例数据
17. X_train = np.random.random((1000, input_dim))
18. y_train = np.random.random((1000,)) # 连续值标签
20. # 训练模型
21. model.fit(X_train, y_train, epochs=10, batch_size=32)
23. # 预测
24. y_pred = model.predict(X_test) # 直接输出连续值
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总结

在代码实现上，分类和回归的重要区别体现在标签的处理、模型的输出层、损失函数、评价指标和猜测的后处理上。分类必要处理种别标签，输出种别概率分布，利用分类损失函数和分类指标；回归直接输出一连值，利用回归损失函数和回归指标。

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