提出了一种称为ABRF（基于关注的随机林）的新方法及其用于将注意机制应用于回归和分类的随机林（RF）的修改。拟议的ABRF模型背后的主要观点是以特定方式将注意力与可培训参数分配给决策树。权重取决于实例之间的距离，其落入树的相应叶子，以及落入同一叶子的情况。这种想法源于Nadaraya-Watson内核回归以RF的形式表示。提出了三种改进的一般方法。第一个基于应用Huber的污染模型，并通过解决二次或线性优化问题来计算注意力。第二个和第三种修改使用基于梯度的算法来计算可训练参数。各种回归和分类数据集的数值实验说明了所提出的方法。

提出了使用注意力和自我发项机制共同解决回归问题的新模型。这些模型可以被视为基于注意力的随机森林的扩展，其思想源于将Nadaraya-Watson内核回归和Huber污染模型的组合应用于随机森林。自我发作旨在捕获树木预测的依赖性，并消除随机森林中的噪声或异常预测。自我发场模块与注意力重量的注意模块共同训练。结果表明，注意力重量的训练过程减少到解决单个二次或线性优化问题。提出并比较了一般方法的三个修改。还考虑了对随机森林的特定多头自我注意。自我注意事项的头部是通过更改其调谐参数（包括内核参数和模型的污染参数）来获得的。使用各种数据集的数值实验说明了所提出的模型，并表明自我发挥的补充可改善许多数据集的模型性能。

提出了一个新的基于注意力的升压机（GBM）的模型，称为AgBoost（基于注意力的梯度提升），以解决回归问题。拟议的AGBOOST模型背后的主要思想是将带有可训练参数的注意力分配给GBM的迭代，条件是决策树是GBM中的基础学习者。注意力的重量是通过应用决策树的特性和使用Huber的污染模型来确定的，该模型在注意力的参数和注意力重量之间提供了有趣的线性依赖性。这种特殊性使我们能够通过线性约束解决标准二次优化问题来训练注意力权重。注意力重量还取决于折现因子作为调整参数，这决定了重量的影响随迭代次数减少的程度。对两种类型的基础学习者，原始决策树和具有各种回归数据集的极为随机树进行的数值实验说明了所提出的模型。

提出了一种新的基于多关注的MIL问题（MIMIL）的方法，其考虑了袋子中的每个分析的贴片的邻近补丁或情况。在该方法中，关注模块之一考虑了相邻的补丁或实例，使用了几个注意力模块来获取各种特征表示的补丁，并且一个注意模块用于组合不同的特征表示，以提供每个补丁的准确分类（实例）和整袋。由于妈妈，实现了以小规模的嵌入形式的斑块和邻居的组合表示，用于简单分类。此外，实现了不同类型的贴片，并有效地处理了通过使用几种注意力模块的袋中贴片的不同特征表示。提出了一种简单的解释贴片分类预测的方法。各种数据集的数值实验说明了所提出的方法。

本文提出了一种估计条件平均治疗效果的新方法。它称为TNW-CATE（可训练的Nadaraya-Watson回归CATE），并且基于以下假设：控制数量相当大，而处理的数量很少。 TNW-CATE使用Nadaraya-Watson回归来预测对照组和治疗组的患者的结果。 TNW-CATE背后的主要思想是通过使用特定形式的重量分享神经网络来训练Nadaraya-Watson回归的内核。该网络在控件上进行了训练，并用一组具有共享参数的神经子网代替标准内核，使每个子网都实现了可训练的内核，但是整个网络都实现了Nadaraya-Watson估计器。网络记住特征向量如何位于特征空间中。当源和目标数据的域相似时，所提出的方法类似于传输学习，但任务不同。各种数值仿真实验说明了TNW-CATE，并将其与众所周知的T-Learner，S-Learner和X-Learner进行比较，以进行几种类型的对照和治疗结果函数。 https://github.com/stasychbr/tnw-cate提供了实施TNW-CATE的算法的代码。

分类链是一种用于在多标签分类中建模标签依赖性的有效技术。但是，该方法需要标签的固定静态顺序。虽然理论上，任何顺序都足够了，实际上，该订单对最终预测的质量具有大量影响。动态分类链表示每个实例对分类的想法，可以动态选择预测标签的顺序。这种方法的天真实现的复杂性是禁止的，因为它需要训练一系列分类器，以满足标签的每种可能置换。为了有效地解决这个问题，我们提出了一种基于随机决策树的新方法，该方法可以动态地选择每个预测的标签排序。我们凭经验展示了下一个标签的动态选择，通过在否则不变的随机决策树模型下使用静态排序。 ％和实验环境。此外，我们还展示了基于极端梯度提升树的替代方法，其允许更具目标的动态分级链训练。我们的结果表明，该变体优于随机决策树和其他基于树的多标签分类方法。更重要的是，动态选择策略允许大大加速培训和预测。

天然气管道中的泄漏检测是石油和天然气行业的一个重要且持续的问题。这尤其重要，因为管道是运输天然气的最常见方法。这项研究旨在研究数据驱动的智能模型使用基本操作参数检测天然气管道的小泄漏的能力，然后使用现有的性能指标比较智能模型。该项目应用观察者设计技术，使用回归分类层次模型来检测天然气管道中的泄漏，其中智能模型充当回归器，并且修改后的逻辑回归模型充当分类器。该项目使用四个星期的管道数据流研究了五个智能模型（梯度提升，决策树，随机森林，支持向量机和人工神经网络）。结果表明，虽然支持向量机和人工神经网络比其他网络更好，但由于其内部复杂性和所使用的数据量，它们并未提供最佳的泄漏检测结果。随机森林和决策树模型是最敏感的，因为它们可以在大约2小时内检测到标称流量的0.1％的泄漏。所有智能模型在测试阶段中具有高可靠性，错误警报率为零。将所有智能模型泄漏检测的平均时间与文献中的实时短暂模型进行了比较。结果表明，智能模型在泄漏检测问题中的表现相对较好。该结果表明，可以与实时瞬态模型一起使用智能模型，以显着改善泄漏检测结果。

在处理现实世界优化问题时，决策者通常会面临与部分信息，未知参数或这些问题之间的复杂关系与问题决策变量相关的高度不确定性。在这项工作中，我们开发了一种新颖的机会限制学习（CCL）方法，重点是混合组合线性优化问题，该问题结合了机会约束和约束学习文献的思想。机会约束为要实现的单个或一组约束设定了概率置信度，而约束学习方法旨在通过预测模型对问题变量之间的功能关系进行建模。当我们需要为其响应变量设定进一步的界限时，就会出现一个主要问题之一：实现这些变量直接与预测模型的准确性及其概率行为有关。从这个意义上讲，CCL利用可线化的机器学习模型来估计学习变量的条件分位数，从而为机会约束提供了数据驱动的解决方案。已经开发了一个开放式软件，可以由从业人员使用。此外，在两个现实世界中的案例研究中已经测试了CCL的益处，证明当设定概率界限以进行学习的约束时，如何将鲁棒性添加到最佳解决方案中。

决策森林（森林），尤其是随机森林和梯度促进树木，与许多监督学习场景中的其他方法相比，已经证明了最先进的准确性。尤其是，森林在表格数据中占主导地位，即当特征空间非结构化时，因此信号是特征指数置换的不变性。然而，在存在于多种多样（例如图像，文本和语音）深网（网络）（特别是卷积深网（Convnets））上的结构化数据中，倾向于优于森林。我们猜想至少部分原因是网络的输入不仅仅是特征幅度，也是其索引。相反，天真的森林实施未能明确考虑特征指数。最近提出的森林方法表明，对于每个节点，森林从某些特定分布中隐式采样一个随机矩阵。这些森林像某些类别的网络一样，通过将特征空间划分为对应于线性函数的凸多物体来学习。我们以这种方法为基础，并表明人们可以以多种感知方式选择分布来纳入特征区域。我们在数据上活在三个不同的流形上的数据上证明了经验性能：圆环，图像和时间序列。此外，我们证明了其在多元模拟环境中的强度，并且在预测癫痫患者的手术结果方面也表现出了优越性，并从非运动脑区域的原始立体定向EEG数据中预测运动方向。在所有模拟和真实数据中，歧管随机森林（MORF）算法的表现优于忽略特征空间结构并挑战Convnets的性能。此外，MORF运行迅速，并保持解释性和理论上的理由。

This paper proposes a new tree-based ensemble method for supervised classification and regression problems. It essentially consists of randomizing strongly both attribute and cut-point choice while splitting a tree node. In the extreme case, it builds totally randomized trees whose structures are independent of the output values of the learning sample. The strength of the randomization can be tuned to problem specifics by the appropriate choice of a parameter. We evaluate the robustness of the default choice of this parameter, and we also provide insight on how to adjust it in particular situations. Besides accuracy, the main strength of the resulting algorithm is computational efficiency. A bias/variance analysis of the Extra-Trees algorithm is also provided as well as a geometrical and a kernel characterization of the models induced.

We introduce a new rule-based optimization method for classification with constraints. The proposed method takes advantage of linear programming and column generation, and hence, is scalable to large datasets. Moreover, the method returns a set of rules along with their optimal weights indicating the importance of each rule for learning. Through assigning cost coefficients to the rules and introducing additional constraints, we show that one can also consider interpretability and fairness of the results. We test the performance of the proposed method on a collection of datasets and present two case studies to elaborate its different aspects. Our results show that a good compromise between interpretability and fairness on the one side, and accuracy on the other side, can be obtained by the proposed rule-based learning method.

这篇综述的目的是将读者介绍到图表内，以将其应用于化学信息学中的分类问题。图内核是使我们能够推断分子的化学特性的功能，可以帮助您完成诸如寻找适合药物设计的化合物等任务。内核方法的使用只是一种特殊的两种方式量化了图之间的相似性。我们将讨论限制在这种方法上，尽管近年来已经出现了流行的替代方法，但最著名的是图形神经网络。

我们为学习限制建立了混合整数优化的广泛方法论基础。我们提出了一种用于数据驱动决策的端到端管道，其中使用机器学习直接从数据中学习限制和目标，并且培训的模型嵌入在优化配方中。我们利用许多机器学习方法的混合整数优化 - 焦点，包括线性模型，决策树，集合和多层的感知。对多种方法的考虑允许我们捕获决策，上下文变量和结果之间的各种潜在关系。我们还使用观察结果的凸船体来表征决策信任区域，以确保可信的建议并避免推断。我们有效地使用列生成和聚类来纳入这个表示。结合域驱动的约束和客观术语，嵌入式模型和信任区域定义了处方生成的混合整数优化问题。我们将此框架实施为从业者的Python包（OptiCl）。我们展示了化疗优化和世界食物计划规划中的方法。案例研究说明了在生成高质量处方的框架中的框架，由信任区域添加的值，加入多个机器学习方法以及包含多个学习约束的框架。

即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用，但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式，或数据集中的异质，分层或完全缺少的数据片段，因此很难应用此类方法。作为解决方案，我们提出了一个用于样本表示，模型定义和培训的多功能，统一的框架，称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲，为HMILL的关键组件的设计合理，我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论，该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性，它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外，我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张，我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中，我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中，基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。

在本文中，我们介绍了一种基于数学的数学优化的方法来构建多种单件实例的树形分类规则。我们的方法包括构建分类树，除了叶节点之外，暂时遗漏标签并通过SVM分离超平面分为两个类。我们提供了一个混合整数非线性编程配方，用于问题，并报告电池的扩展电池的结果，以评估我们关于其他基准分类方法的提案的性能。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

随机森林（RFS）是机器学习中最先进的，并且具有近零参数调整的优异性能。值得注意的是，即使他们的基本构建块被众所周知，RFS似乎不受限制地过度装修。最近，广泛接受的研究认为，RF呈现所谓的双下降曲线：首先，模型将数据过于U形曲线中的数据，然后，一旦达到某种模型复杂性，它就突然改善了其性能。在本文中，我们挑战模型能力是解释RF成功的正确工具的概念，并争辩说该模型的算法比以前认为更重要的作用。我们表明RF没有表现出双重曲线，而是单个下降。因此，在经典意义上没有过度装备。我们进一步提出了RF变化，尽管其决策边界近似于过度啮合的DT。类似，我们表明，近似于RF的决策边界的DT仍将过度装备。最后，我们研究了整体的多样性作为估计其性能的工具。为此，我们引入负相关森林（NClest），允许精确控制集合中的多样性。我们表明，多样性和偏差确实对RF的性能产生了至关重要的影响。具有太小的多样性将RF的性能坍塌到一棵树中，而具有太多的多样性意味着大多数树木不会再产生正确的输出。然而，在这两个极端之间，我们发现了大量不同的权衡，具有大致相等的性能。因此，只要算法达到这种良好的权衡制度，偏差和多样性之间的特定权衡并不重要。

估计变量的重要性是现代机器学习的重要任务。这有助于评估给定模型中功能的优点。在过去的十年中，已经开发了几种估计变量重要性的技术。在本文中，我们提出了对可变重要性估计的新兴方法的计算和理论探索，即：绝对收缩和选择操作员（LASSO），支持向量机（SVM），预测误差函数（Perf），随机森林（随机森林）（ RF）和极端梯度提升（XGBOOST）在不同类型的现实生活和模拟数据上进行了测试。所有这些方法都可以无缝处理回归和分类任务，但是在处理包含丢失值的数据时都失败了。该实现表明，在高度相关数据的情况下，PURD具有最佳性能，紧随其后的是RF。 perf和xgboost是“渴望数据”的方法，它们在小数据尺寸上的性能最差，但在执行时间方面它们是最快的。当数据集中许多冗余功能时，SVM是最合适的。 perf的盈余是其自然截止量的零截止，有助于将正面和负分数分开，所有正分数表明基本和重要的特征，而负面分数表示无用的特征。 RF和Lasso的通用性非常多，尽管它们没有给予最佳效果，但它们几乎可以在所有情况下使用。

In recent years there has been growing attention to interpretable machine learning models which can give explanatory insights on their behavior. Thanks to their interpretability, decision trees have been intensively studied for classification tasks, and due to the remarkable advances in mixed-integer programming (MIP), various approaches have been proposed to formulate the problem of training an Optimal Classification Tree (OCT) as a MIP model. We present a novel mixed-integer quadratic formulation for the OCT problem, which exploits the generalization capabilities of Support Vector Machines for binary classification. Our model, denoted as Margin Optimal Classification Tree (MARGOT), encompasses the use of maximum margin multivariate hyperplanes nested in a binary tree structure. To enhance the interpretability of our approach, we analyse two alternative versions of MARGOT, which include feature selection constraints inducing local sparsity of the hyperplanes. First, MARGOT has been tested on non-linearly separable synthetic datasets in 2-dimensional feature space to provide a graphical representation of the maximum margin approach. Finally, the proposed models have been tested on benchmark datasets from the UCI repository. The MARGOT formulation turns out to be easier to solve than other OCT approaches, and the generated tree better generalizes on new observations. The two interpretable versions are effective in selecting the most relevant features and maintaining good prediction quality.

决策树是广泛使用的分类和回归模型，因为它们的解释性和良好的准确性。诸如购物车的经典方法基于贪婪的方法，但最近致力于最佳决策树的关注。我们研究了BlanQuero等人提出的非线性连续优化制剂。 （EJOR，Vol.284,2020; Cor，Vol.132,2021）（稀疏）最佳随机分类树。不仅适用于特征选择，还非常重要，而且还可以提高解释性。我们首先考虑基于$ l_ {0} $'norm“的凹形近似的替代方法来缩小这样的树木。与$ l_1 $和$ l _ {\ infty} $ scalalization，在24个数据集中获得了有希望的结果。然后，我们在多变量随机分类树的VC维度上获得界限。最后，由于培训是对大型数据集的计算挑战，我们提出了一般的分解方案和它的有效版本。在较大数据集上的实验表明，所提出的分解方法能够为了显着降低培训时间而不影响精度。