朴素贝叶斯算法实现垃圾邮件过滤
1．1 题目的主要研究内容
（1）贝叶斯垃圾邮件过滤技术是一种电子邮件过滤的统计学技术，它使用贝叶斯分类来进行垃圾邮件的判别。
（2）贝叶斯分类的运作是借着使用标记（一般是字词，有时候是其他）与垃圾邮件、非垃圾邮件的关连，然后搭配贝叶斯推断来计算一封邮件为垃圾邮件的可能性。
1．2 题目研究的工作基础或实验条件
（1）硬件环境
处理器：Intel(R) Core(TM) i5-7300HQ CPU @ 2.50GHz 2.50 GHz
显卡：英伟达1050
系统类型：64位操作系统, 基于x64的处理器
（2）软件环境
操作系统：Windows10操作系统
开发语言：Python
1．3 设计思想
对于给定的待分类项，求解在此项出现的条件下各个类别出现的概率，哪个最大就认为此待分类项属于哪个类别。
1．4 流程图
1．5 主要程序代码
# -*- coding: UTF-8 -*-
import numpy as np
import re
import random
"""
函数说明:将切分的实验样本词条整理成不重复的词条列表，也就是词汇表
Parameters:
dataSet - 整理的样本数据集
Returns:
vocabSet - 返回不重复的词条列表，也就是词汇表
"""
def createVocabList(dataSet):
vocabSet = set([]) # 创建一个空的不重复列表
for document in dataSet:
vocabSet = vocabSet | set(document) # 取并集
return list(vocabSet)
"""
函数说明:根据vocabList词汇表，将inputSet向量化，向量的每个元素为1或0
Parameters:
vocabList - createVocabList返回的列表
inputSet - 切分的词条列表
Returns:
returnVec - 文档向量,词集模型
"""
def setOfWords2Vec(vocabList, inputSet):
returnVec = [0] * len(vocabList) #创建一个其中所含元素都为0的向量
for word in inputSet: #遍历每个词条
if word in vocabList: #如果词条存在于词汇表中，则置1
returnVec[vocabList.index(word)] = 1
else:
print("the word: %s is not in my Vocabulary!" % word)
return returnVec #返回文档向量
"""
函数说明:根据vocabList词汇表，构建词袋模型
Parameters:
vocabList - createVocabList返回的列表
inputSet - 切分的词条列表
Returns:
returnVec - 文档向量,词袋模型
"""
def bagOfWords2VecMN(vocabList, inputSet):
returnVec = [0] * len(vocabList) # 创建一个其中所含元素都为0的向量
for word in inputSet: # 遍历每个词条
if word in vocabList: # 如果词条存在于词汇表中，则计数加一
returnVec[vocabList.index(word)] += 1
return returnVec # 返回词袋模型
"""
函数说明:朴素贝叶斯分类器训练函数
Parameters:
trainMatrix - 训练文档矩阵，即setOfWords2Vec返回的returnVec构成的矩阵
trainCategory - 训练类别标签向量，即loadDataSet返回的classVec
Returns:
p0Vect - 正常邮件类的条件概率数组
p1Vect - 垃圾邮件类的条件概率数组
pAbusive - 文档属于垃圾邮件类的概率
"""
def trainNB0(trainMatrix, trainCategory):
numTrainDocs = len(trainMatrix) # 计算训练的文档数目
numWords = len(trainMatrix[0]) # 计算每篇文档的词条数
pAbusive = sum(trainCategory) / float(numTrainDocs) # 文档属于垃圾邮件类的概率
p0Num = np.ones(numWords)
p1Num = np.ones(numWords) # 创建numpy.ones数组,词条出现数初始化为1,拉普拉斯平滑
p0Denom = 2.0
p1Denom = 2.0 # 分母初始化为2 ,拉普拉斯平滑
for i in range(numTrainDocs):
if trainCategory[i] == 1: # 统计属于侮辱类的条件概率所需的数据，即P(w0|1),P(w1|1),P(w2|1)···
p1Num += trainMatrix[i]
p1Denom += sum(trainMatrix[i])
else: # 统计属于非侮辱类的条件概率所需的数据，即P(w0|0),P(w1|0),P(w2|0)···
p0Num += trainMatrix[i]
p0Denom += sum(trainMatrix[i])
p1Vect = np.log(p1Num / p1Denom)
p0Vect = np.log(p0Num / p0Denom) #取对数，防止下溢出
return p0Vect, p1Vect, pAbusive # 返回属于正常邮件类的条件概率数组，属于侮辱垃圾邮件类的条件概率数组，文档属于垃圾邮件类的概率
"""
函数说明:朴素贝叶斯分类器分类函数
Parameters:
vec2Classify - 待分类的词条数组
p0Vec - 正常邮件类的条件概率数组
p1Vec - 垃圾邮件类的条件概率数组
pClass1 - 文档属于垃圾邮件的概率
Returns:
0 - 属于正常邮件类
1 - 属于垃圾邮件类
"""
def classifyNB(vec2Classify, p0Vec, p1Vec, pClass1):
#p1 = reduce(lambda x, y: x * y, vec2Classify * p1Vec) * pClass1 # 对应元素相乘
#p0 = reduce(lambda x, y: x * y, vec2Classify * p0Vec) * (1.0 - pClass1)
p1=sum(vec2Classify*p1Vec)+np.log(pClass1)
p0=sum(vec2Classify*p0Vec)+np.log(1.0-pClass1)
if p1 > p0:
return 1
else:
return 0
"""
函数说明:接收一个大字符串并将其解析为字符串列表
"""
def textParse(bigString): # 将字符串转换为字符列表
listOfTokens = re.split(r'\W*', bigString) # 将特殊符号作为切分标志进行字符串切分，即非字母、非数字
return [tok.lower() for tok in listOfTokens if len(tok) > 2] # 除了单个字母，例如大写的I，其它单词变成小写
"""
函数说明:测试朴素贝叶斯分类器，使用朴素贝叶斯进行交叉验证
"""
def spamTest():
docList = []
classList = []
fullText = []
for i in range(1, 26): # 遍历25个txt文件
wordList = textParse(open('email/spam/%d.txt' % i, 'r').read()) # 读取每个垃圾邮件，并字符串转换成字符串列表
docList.append(wordList)
fullText.append(wordList)
classList.append(1) # 标记垃圾邮件，1表示垃圾文件
wordList = textParse(open('email/ham/%d.txt' % i, 'r').read()) # 读取每个非垃圾邮件，并字符串转换成字符串列表
docList.append(wordList)
fullText.append(wordList)
classList.append(0) # 标记正常邮件，0表示正常文件
vocabList = createVocabList(docList) # 创建词汇表，不重复
trainingSet = list(range(50))
testSet = [] # 创建存储训练集的索引值的列表和测试集的索引值的列表
for i in range(10): # 从50个邮件中，随机挑选出40个作为训练集,10个做测试集
randIndex = int(random.uniform(0, len(trainingSet))) # 随机选取索索引值
testSet.append(trainingSet[randIndex]) # 添加测试集的索引值
del (trainingSet[randIndex]) # 在训练集列表中删除添加到测试集的索引值
trainMat = []
trainClasses = [] # 创建训练集矩阵和训练集类别标签系向量
for docIndex in trainingSet: # 遍历训练集
trainMat.append(setOfWords2Vec(vocabList, docList[docIndex])) # 将生成的词集模型添加到训练矩阵中
trainClasses.append(classList[docIndex]) # 将类别添加到训练集类别标签系向量中
p0V, p1V, pSpam = trainNB0(np.array(trainMat), np.array(trainClasses)) # 训练朴素贝叶斯模型
errorCount = 0 # 错误分类计数
for docIndex in testSet: # 遍历测试集
wordVector = setOfWords2Vec(vocabList, docList[docIndex]) # 测试集的词集模型
if classifyNB(np.array(wordVector), p0V, p1V, pSpam) != classList[docIndex]: # 如果分类错误
errorCount += 1 # 错误计数加1
print("分类错误的测试集：", docList[docIndex])
print('错误率：%.2f%%' % (float(errorCount) / len(testSet) * 100))
if __name__ == '__main__':
spamTest()
1．6 运行结果及分析
因为是随机选择的样本，可以运行10次取平均值，这样可以得到更好的结果，还有一点要注意，有可能会出现将垃圾邮件误判为正常邮件的情况，这会比将正常的误判为垃圾邮件要好。
