数据挖掘经典算法之：C4.5算法

一.C4.5算法

C4.5算法是对ID3算法的一种改进，所以，首先我们来看ID3算法。

ID3算法是在决策树各个结点上应用信息增益准则来选择特征，递归地构建决策树。

决策树：是一种基本的分类与回归方法，一种分类决策模型，是一种树形结构，该模型具有可读性，分类速度快的优点。决策树由结点（内部结点、叶结点）和有向边组成。内部结点表示特征或属性，叶结点表示类或结论。决策树如下图所示：其中圆点表示特征/属性（内部结点），框框表示类/结论（叶结点），——>箭头表示条件。

决策树实质上是从给定的训练数据中归纳出一组分类规则，由训练数据集估计条件概率模型的一种学习模型。该学习模型用损失函数来表示这一目标，损失函数通常是正则化的极大似然函数。

信息增益：特征A对训练数据集D的信息增益g(D，A)，定义的为集合D的经验嫡H(D)与特征A 给定条件下D的经验条件嫡H（D|A）之间的差。即：g(D，A)=H(D)-H（D|A）。

H(D)表示对数据集D进行分类的不确定性，H(D|A)表示特征A给定的条件下对数据集进行分类的不确定性，所以他们的差，即信息增益就表示了由于特征A而是的对数据集D的分类不确定性减少的程度了。显然，信息增益越大的特征越具有更强的分类能力。

经验嫡概率：

条件经验嫡概率：

现在假设训数据集为D，其中，其中，为输入实例（特征向量），n为特征个数，为类标记，即标记每个实例，i=1,2,...,N，N为样本容量。

|D|为训练集的样本容量，即样本的个数(N)。现假设有K个类，k=1,2,....,K，||为属于类的样本个数，。设特征A有n个不同的取值{a1,1a2,.....an}，根据特征A的取值将D划分为n个子集，

||为 的样本个数，。记子集中属于类的样本集合为，||为的样本个数。

一.1信息增益公式：

输入：训练数据集D和特征A；

输出：特征A对数据训练集D的信息增益g(D,A)。

（1）计算数据集D的经验嫡H(D)

（2）计算特征A对数据集D的经验条件嫡H(D|A)

（3）计算信息增益

一.2ID3算法：

该算法的核心是在决策树各个结点上应用信息增益准则选择特征，递归的构建决策树。具体方法为：从根结点开始，对结点计算所有可能的特征的信息增益，选择信息增益最大的特征作为结点的特征，由该特征的不同取值建立的子结点；再对子结点递归地调用以上方法，构建决策树；直到所有特征的

输入：训练数据集D，特征集A，阈值；

输出：决策树T。

（1）若D中所有实例属于同一类，，则T为单结点数，并将类作为该结点的类标记，返回T；

（2）若A=Ø，则T为单结点数，并将D中实例最大的类作为结点的类标记，返回T；

（3）否则，一.1中的信息增益计算方法来计算A中各特征对D的信息增益，选择信息增益最大的特征；

（4）如果的信息增益小于阈值e，则置T为单结点树，并将D中实例数最大的类作为该结点的类标记，返回T；

（5）否则，对的每一个可能值，依=将D分割为若干非空子集，将中实例数最大的类作为标记，构建子结点，由结点及其子结点构成树T，返回T；

（6）对第i个子结点，以为训练集，以A-{}为特征集，递归的调用步骤（1）~（5）得到子树，返回。

一.3信息增益比公式：

以信息增益比作为划分训练数据集的特征，存在偏向于选择取值较多的特征的问题，使用信息增益比可以对这一问题进行校正。这是特征选择的另一准则。

特征A对训练数据集D的信息增益比(D,A)定义为其信息增益g(D,A)与训练数据集D关于特征A的值的嫡(D)之比，即

 

一.4C4.5算法：

C4.5算法是ID3算法的改进，其中C4.5算法再生成的过程中对，用信息增益比来选择特征。

输入：训练数据集D，特征A，阈值e；

输出：决策树T。

（1）如果D中所有实例属于同一类，，则T为单结点数，并将类作为该结点的类标记，返回T；

（2）如果A=Ø，则T为单结点数，并将D中实例最大的类作为结点的类，返回T；

（3）否则，按一.3中的信息增益比的计算方法来计算A中各特征对D的信息增益比，选择信息增益比最大的特征；

（4）如果的信息增益比小于阈值e，则置T为单结点树，并将D中实例数最大的类作为该结点的类，返回T；

（5）否则，对的每一个可能值，依=将D分割为若干非空子集，将中实例数最大的类作为标记，构建子结点，由结点及其子结点构成树T，返回T；

（6）对第i个子结点，以为训练集，以A-{}为特征集，递归的调用步骤（1）~（5）得到子树，返回。