9. 分类算法-决策树、随机森林

分类算法-决策树、随机森林

决策树思想的来源非常朴素，程序设计中的条件分支结构就是if-then结构，最早的决策树就是利用这类结构分割数据的一种分类学习方法
决策树的划分依据之一：信息增益
信息增益表示得知特征X的信息而使得类Y的信息的不确定性减少的程度

常见决策树使用的算法

ID3
信息增益 最大的准则
C4.5
信息增益比 最大的准则
CART
回归树: 平方误差 最小
分类树: 基尼系数 最小的准则 在sklearn中可以选择划分的原则

sklearn决策树API

class sklearn.tree.DecisionTreeClassifier(criterion=’gini’, max_depth=None,random_state=None)
决策树分类器
criterion:默认是’gini’系数，也可以选择信息增益的熵’entropy’
max_depth:树的深度大小
random_state:随机数种子
返回值: decision_path:返回决策树的路径

决策树的结构、本地保存

• 1、sklearn.tree.export_graphviz() 该函数能够导出DOT格式
  tree.export_graphviz(estimator,out_file='tree.dot’,feature_names=[‘’,’’])
• 2、工具:(能够将dot文件转换为pdf、png)
  安装graphviz
  ubuntu:sudo apt-get install graphviz Mac:brew install graphviz
• 3、运行命令
  然后我们运行这个命令 $ dot -Tpng tree.dot -o tree.png

决策树的优缺点以及改进

• 优点：
  简单的理解和解释，树木可视化
  需要很少的数据准备，其他技术通常需要数据归一化
• 缺点：
  决策树学习者可以创建不能很好地推广数据的过于复杂的树，这被称为过拟合
  决策树可能不稳定，因为数据的小变化可能会导致完全不同的树被生成
• 改进：
  减枝cart算法
  随机森林

集成学习方法-随机森林

集成学习方法: 集成学习通过建立几个模型组合的来解决单一预测问题。它的工作原理是生成多个分类器/模型，各自独立地学习和作出预测。这些预测最后结合成单预测，因此优于任何一个单分类的做出预测。
随机森林:定义：在机器学习中，随机森林是一个包含多个决策树的分类器，并且其输出的类别是由个别树输出的类别的众数而定。
例如, 如果你训练了5个树, 其中有4个树的结果是True, 1个数的结果是False, 那么最终结果会是True.

学习算法

根据下列算法而建造每棵树：

1. 用N来表示训练用例（样本）的个数，M表示特征数目。
2. 输入特征数目m，用于确定决策树上一个节点的决策结果；其中m应远小于M。
3. 从N个训练用例（样本）中以有放回抽样的方式，取样N次，形成一个训练集（即bootstrap取样），并用未抽到的用例（样本）作预测，评估其误差。

• 为什么要随机抽样训练集？　　
  如果不进行随机抽样，每棵树的训练集都一样，那么最终训练出的树分类结果也是完全一样的
• 为什么要有放回地抽样？
  如果不是有放回的抽样，那么每棵树的训练样本都是不同的，都是没有交集的，这样每棵树都是“有偏的”，都是绝对“片面的”（当然这样说可能不对），也就是说每棵树训练出来都是有很大的差异的；而随机森林最后分类取决于多棵树（弱分类器）的投票表决。

集成学习api

class sklearn.ensemble.RandomForestClassifier(n_estimators=10, criterion=’gini’, max_depth=None, bootstrap=True, random_state=None)
随机森林分类器
n_estimators：integer，optional（default = 10） 森林里的树木数量
criteria：string，可选（default =“gini”）分割特征的测量方法
max_depth：integer或None，可选（默认=无）树的最大深度
bootstrap：boolean，optional（default = True）是否在构建树时使用放回抽样

随机森林的优点

• 在当前所有算法中，具有极好的准确率
• 能够有效地运行在大数据集上
• 能够处理具有高维特征的输入样本，而且不需要降维
• 能够评估各个特征在分类问题上的重要性
• 对于缺省值问题也能够获得很好得结果