机器学习之Bagging 与 随机森林算法

在集成学习里面，有两种流派，一个是 boosting 流派，它的特点是对于各个学习器之间有着相互依赖的关系 （比如说在某一次算法结束后，分类错误的样本会增大比例，以引起下一次的训练时候的关注度），另一种是bagging 流派，它的特点是各个学习器之间没有任何的依赖关系，可以并行拟合。

Bagging 原理

从图中，我们可以看出， bagging 学习算法 没有 adaboost 算法那样的联系，它的关键之处在于“随机取样“。

什么是随机取样呢 ？
就是我们固定从训练集中采集固定个数的样本，但是这种采集是一种有放回的采集，对于每一次采集，我们都将这一次采集到的样本放回，也就是说我们可能采集到重复的样本，对于这个算法我们一般会随机采集与样本训练样本数目相同的样本，这样得到的采样集和训练集合样本数目相同，但是内容不同，对于数据集m个样本的进行T次随机采样，得到训练T个训练器的训练集。 注意 (Bagging 是有放回随机采样)

有概率论知识可以得到，每一次采样每一个样本被采集到的概率为 1 ／ m，不被采集到的概率为 1 － 1 ／ m 则 m 次都没有被采集到的概率为 1/e = 36.8。我们称之为袋外数据用来当做测试集，来检验模型的泛化能力。

与 Adaboost 算法一样 一般Bagging算法的基础学习器是神经网络或者决策树。

对于这个算法如果是预测离散值则采用投票法，对于连续值则采用求平均的方法。

Bagging 算法流程

相对于Boosting系列的Adaboost和GBDT，bagging算法要简单的多。

1. 输入数据集
2. 输入迭代次数 T
3. 随机取样 T 次 每次取 m 个样本
4. 对于每一次样本训练一个基础学习器
5. 得到最终学习器

随机森林算法 (RF)

随机森林算法是一种改进版的 bagging 算法，首先随机森林使用决策树（一般是 CART,也有C4.5）当做基学习器。在决策树的基础上随机森林对决策树的建立经行了改进。
它的改进之处在于 ：
对于一般的决策树而言，我们会在它所有n个样本特征中选择一个最优化特征来作为这个节点的特征划分，但是随机森林是通过随机选择节点上的一些特征，这个数字小于n，假设为 n sub，然后在这些随机选择的 n 个样本特征中，选择一个最优特征作为决策树的划分，（这便是随机森林的随机之处）这样进一步增加了模型的泛化能力，减小了过拟合的风险

在实际的操作中，如果 nsub 过于小则会导致训练效果不好，偏差较大，如果nsub 太大的话则可能产生过拟合的风险，所以一般我们采用交叉验证的方法确定一个合适的nsub。