5.7 Implementierung der Hilfsmethoden
6.1.2 Ergebnisse
Zum Test der korrekten Arbeitsweise des Iterating GSS Algorithmus und der Eignung
für die Lernaufgaben Subgruppenentdekung und Konzeptlernen aus Beispielen wurde
mit demOperator BiasedExampleGenerator einsynthetisherDatensatz erzeugt. Er ist
derDatenbank einer Kfz-Versiherung nahempfunden, d.h. jede Instanz beshreibt die
Eigenshaften eines Versiherten. Die Versiherung ist daran interessiert, in der
Daten-banksolhe Subgruppenzunden,für dieeinerhöhtesUnfallrisikobesteht,um
dement-sprehend ihre Tarife anzupassen. Die formulierten Tatsahen über dasUnfallrisiko
be-stimmterPersonenkreisewurdenfürTestzweke erdahtundbasiereninkeinerWeiseauf
Untersuhungen inderRealität.
DerInstanzenraumbestehtauszehnAttributen,vondenendreidieMusterindenDaten
enthalten.DasAttributAlter`hatzwölfAltersklassenalsAusprägungen.Die
Altersklas-senreihen von 18-25Jahrenbis zumAltervon 76-80Jahren. Ein weiteres Attribut mit
zehn Ausprägungen gibt die Anzahl der Kinder des Versiherten von null bis neun an.
Alsletztes teiltdasAttributStadtbewohner` mit denAusprägungenJa` undNein`die
Versiherten in Stadt- und Landbevölkerung ein. DasZielattribut Unfall` hat ebenfalls
dieAusprägungenJa`undNein`.Esgibtan,obdiePersonshoneinenUnfallverursaht
hat. Für die anderen Attribute wurden keine Muster erzeugt, d.h. für jedes generierte
Beispiel wurde eine Ausprägung zufällig gewählt. Mit Hilfe der ersten drei Attribute
wurdenMusterindenDateneingearbeitet,diebekannteTatsahenwiderspiegeln:Junge
Fahrer verursahen oft Unfälle, besonders wenn sie auf dem Land leben. Entgegen der
Meinung,dassmit zunehmendem AlterdieUnfallwahrsheinlihkeit sinkt, haben
Perso-nen im Alter zwishen 46 und 50 Jahren ein erhöhtes Unfallrisiko. Der Grund besteht
darin, dass dieser Personenkreis häug Kinder hat, die zwishen 18 und 25 Jahren alt
sind. Elternleihen dasaufsie angemeldete Autooft ihrenKindern, dieeinerhöhtes
Un-fallrisiko haben. Dadurh ergibt sih in den Daten der Versiherung für Menshen im
Altervon 46bis 50 Jahrenebenfallseinerhöhtes Unfallrisiko.
Dererzeugte Datensatzbestand aus200000Instanzenundwurde mitdeminAbbildung
6.3dargestellten BiasTreeerzeugt.Zum besserenVerständnis wurdendie Kantendirekt
mitdenNamenderAusprägungenbeshriftetanstattdiezugehörigenIndizeszu
verwen-den.
Zunähstwurde mit einem entarteten BiasTree dieapriori Wahrsheinlihkeit für einen
Unfallauf0.2gesetzt.DerAnteilderPersonen,dieshoneinenUnfallverursaht haben,
istgering.MitdreiweiterenentartetenBiasTreeswurdendieVerteilungen derAttribute
Alter` , Stadtbewohner` und Kinder` vorgegeben. Die Verteilung des Alters wurde so
gewählt, dass junge Personen ebenso wie Personen zwishen 46 und 50 Jahren häug
vorkommen. Stadtbewohner kommen unter den Kunden der Versiherung häuger vor
als Menshen vomLand. Für dieAnzahl derKinder gilt,dass Personen mit keinem,
ei-nemoderzweiKindernamwahrsheinlihstensind.MiteinemweiterenBiasTreewurden
bezüglihdesZielattributes Musterindie Dateneingearbeitet:
1. JungeFahrer haben einerhöhtesUnfallrisiko,
2. bei jungenFahrernvomLand ist dasRisikofür einenUnfall noh höher,
3. Personen im Alterzwishen 46 und 50 Jahrenmit einem Kind habenein erhöhtes
Unfallrisiko und
4. beikinderlosenPersonenimAltervon46bis50JahrenistdasUnfallrisikogeringer
alsbeim RestderKundshaft.
Zubeahtenist, dassdieSubgruppe allerPersonen im Altervon46 bis50 Jahren kaum
interessant ist.Die erhöhte bzw. geringereUnfallwahrsheinlihkeit der Personen mit
ei-nem Kind bzw. der kinderlosen Personen in der gesamten Subgruppe gleihen sih in
etwa aus 1
.
Der Iterating GSSAlgorithmus wurde auf diese Daten angewandt. Als Parameter
wur-den
δ = 0.1
,ǫ = 0.04
und dieWeightedRelative Aurayals Nutzenfunktion gewählt.Die Approximation durh die Normalverteilung wurde ab 100 abgedekten Beispielen
verwendet und Shrittgröÿe 1000 gewählt. Die Anzahl derIterationen betrug zehn und
wurde vor derDurhführung allerIterationen abgebrohen, fallsder Algorithmus keine
sinnvollen Regelnmehrfand.DerminimaleNutzenfürPruningundBewertungderGüte
einer Regelbetrug0.01. AlsVergleihskriteriumwurde der geshätzteNutzen derRegel
verwendet.DieVariationenindenExperimentenbestandeninderWahlderKomplexität
derRegeln.Zuerstwurden nurRegelnderForm
r → Y +betrahtet,dieSubgruppen mit
erhöhtem Unfallrisikobeshreiben.Bei Regellängeeins fandderAlgorithmus die
folgen-den Regeln:
WENN (Alter=18-25)DANN(Unfall=ja),
WENN (Kinder=1)DANN(Unfall=ja),
WENN (Stadtbewohner=nein) DANN(Unfall=ja).
Es wurden die Bestandteile` der Muster in den Daten gefunden. Die Subgruppe der
Personen im Altervon 46bis 50Jahren wurde niht alsinteressant befunden.
Bei zusätzliherBetrahtung allerRegelnder Form
r → Y − wurde alsvierte Regel
WENN (Kinder=0)DANN(Unfall=nein)
gefunden.DieVerwendung desverändertenHypothesenraumesermöglihtdasAunden
dieser zusätzlihen Subgruppe mit groÿem Anteil von Beispielen der negativen Klasse.
Die Auray des erzeugten Ensembles betrug in beiden Fällen 73.10%. Es ergab sih
durhden verändertenHypothesenraumindieserHinsiht keineVerbesserung.Bei einer
Erhöhungdermaximalen Regellängeaufzwei fandder Algorithmus zusätzlih dieRegel
WENN (Alter=46-50)UND(Kinder=0) DANN(Unfall=nein).
DieAuraydesEnsemblesausdenfünfRegelnstiegauf73.91%.ShonandieserStelle
deutet sih an, dass für die Lernaufgabe Konzeptlernen aus Beispielen andere
Verfah-ren besser geeignet sind. Ein mit dem J48-Verfahren induzierterer Entsheidungsbaum
erreihte eine Auray von 75.35%. Besteht das Interesse nur in der Entdekung von
Subgruppen, kann von derMöglihkeit Gebrauh gemaht werden, dieBeispielgewihte
beiErhöhungderKomplexität wiederaufeinszusetzen.Dadurh konntenalle
Subgrup-pen derKomplexität zwei gefundenwerden:
WENN (Alter=18-25)DANN(Unfall=ja),
WENN (Stadtbewohner=nein) DANN(Unfall=ja),
WENN (Kinder=1)DANN(Unfall=ja),
1
Die Subgruppe aller Personen im Alter von 46 bis 50 Jahren wäre völlig uninteressant, wenn sie
einenBias von null hätte. Durh die Wahl der Unfallwahrsheinlihkeiten der beiden enthaltenen
SubgruppenistdieseindergesamtenSubgruppeleihterhöht.DurhalleimBiasTreeangegebenen
WahrsheinlihkeitenbeträgtdieaprioriWahrsheinlihkeitnihtgenau0.2,sondernistetwashöher.
InsgesamtergibtsihdamiteinBiasnahenullfürdieSubgruppeder46bis50-jährigenKunden
Name Attribute Beispiele Nominal Numerish Klassen Positive
Covtype 54 581012 0 54 7
Covtype1 54 581012 0 54 2 36,5%
Covtype2 54 581012 0 54 2 48,7%
Covtype3 54 581012 0 54 2 6,1%
Covtype4 54 581012 0 54 2 0,4%
Covtype5 54 581012 0 54 2 1,6%
Covtype6 54 581012 0 54 2 3,0%
Covtype7 54 581012 0 54 2 3,5%
Adult 14 48842 8 6 2 24,1%
Quantenphysik 71 50000 0 71 2 50%
Tabelle 6.1: Eigenshaften der drei verwendeten Datensätze: Name, Gesamtanzahl von
AttributensowieAnzahlvonnominalenundnumerishenAttributen,Gröÿeder
Beispiel-mengeund Anteilvon positiven Beispielen
WENN (Kinder=0)DANN(Unfall=nein),
WENN (Alter=18-25)UND(Stadtbewohner=nein) DANN(Unfall=ja),
WENN (Alter=18-25)UND(Stadtbewohner=ja) DANN (Unfall=ja),
WENN (Alter=46-50)UND(Kinder=1) DANN(Unfall=ja),
WENN (Alter=46-50)UND(Kinder=0) DANN(Unfall=nein)
Wurde die Verwendung von Knowledge-Bases Sampling deaktiviert, fand der
Algorith-mus insgesamt 23Regeln.Viele davon warennur Spezialisierungen wie
WENN (Alter=18-25)UND(Geshleht=weiblih) DANN(Unfall=ja).
DieErgebnissesinddadurhsehrunübersihtlihgegenüberderkompaktenRegelmenge,
diebeimEinsatzvonKnowledge-Based Samplinggefundenwird.