随机森林Random Forest面试问题汇总

1、随机森林原理：

随机森林是有很多随机的决策树构成，它们之间没有关联。得到RF以后，在预测时分别对每一个决策树进行判断，最后使用Bagging的思想进行结果的输出（也就是投票的思想）

2、Bagging（套袋法）

bagging的算法过程如下：
	1、从原始样本集中使用Bootstraping方法随机抽取n个训练样本，共进行k轮抽取，得到k个训练集。（k个训练集之间相互独立，元素可以有重复） 
	2、对于k个训练集，我们训练k个模型（这k个模型可以根据具体问题而定，比如决策树，knn等） 
	3、对于分类问题：由投票表决产生分类结果； 
	对于回归问题：由k个模型预测结果的均值作为最后预测结果。（所有模型的重要性相同）

3、Boosting（提升法）

boosting的算法过程如下：
	1、对于训练集中的每个样本建立权值wi，表示对每个样本的关注度。当某个样本被误分类的概率很高时，需要加大对该样本的权值。 
	2、进行迭代的过程中，每一步迭代都是一个弱分类器。我们需要用某种策略将其组合，作为最终模型。 
	（例如AdaBoost给每个弱分类器一个权值，将其线性组合最为最终分类器。误差越小的弱分类器，权值越大）

4、Bagging，Boosting的主要区别

1、样本选择上： 
		Bagging采用的是Bootstrap随机有放回抽样； 
		而Boosting每一轮的训练集是不变的，改变的只是每一个样本的权重。
2、样本权重： 
		Bagging使用的是均匀取样，每个样本权重相等； 
		Boosting根据错误率调整样本权重，错误率越大的样本权重越大。
3、预测函数： 
		Bagging所有的预测函数的权重相等； 
		Boosting中误差越小的预测函数其权重越大。
4、并行计算： 
		Bagging各个预测函数可以并行生成； 
		Boosting各个预测函数必须按顺序迭代生成。

5、随机森林重要的参数

n_features：推荐值为特征数量的平方根
n_trees：森林中的树按说越多越好，但是当数量多到一定程度时，精度的提升已经不明显，但是计算消耗却很大。

6、随机性体现在两点：

1、样本选择的随机性
2、特征选择的随机性

7、学习过程

1、现在有N个训练样本，每个样本的特征为M个，需要建K颗树
2、从N个训练样本中有放回的取N个样本作为一组训练集（其余未取到的样本作为预测分类，评估其误差）
3、从M个特征中取m个特征左右子集特征(m<

8、预测过程

1、将预测样本输入到K颗树分别进行预测
2、如果是分类问题，直接使用投票的方式选择分类频次最高的类别
3、如果是回归问题，使用分类之后的均值作为结果

9、参数问题

1、这里的一般取m=sqrt(M)
2、关于树的个数K，一般都需要成百上千，但是也有具体的样本有关（比如特征数量）
3、树的最大深度，（太深可能可能导致过拟合？？）
4、节点上的最小样本数、最小信息增益

10 泛化误差估计

使用oob（out-of-bag）进行泛化误差的估计，将各个树的未采样样本作为预测样本（大约有36.8%），使用已经建立好的森林对各个预测样本进行预测，预测完之后最后统计误分得个数占总预测样本的比率作为RF的oob误分率。

11、随机森林的构建过程大致如下：

1、从原始训练集中使用Bootstraping方法随机有放回采样选出m个样本，共进行n_tree次采样，生成n_tree个训练集
2、对于n_tree个训练集，我们分别训练n_tree个决策树模型
3、对于单个决策树模型，假设训练样本特征的个数为n，那么每次分裂时根据信息增益/信息增益比/基尼指数选择最好的特征进行分裂
4、每棵树都一直这样分裂下去，直到该节点的所有训练样例都属于同一类。在决策树的分裂过程中不需要剪枝
5、将生成的多棵决策树组成随机森林。对于分类问题，按多棵树分类器投票决定最终分类结果；对于回归问题，由多棵树预测值的均值决定最终预测结果

12、预测过程

1、将预测样本输入到K颗树分别进行预测
2、如果是分类问题，直接使用投票的方式选择分类频次最高的类别
3、如果是回归问题，使用分类之后的均值作为结果

13、总结

RF的主要优点有：
　　　　1、 训练可以高度并行化，对于大数据时代的大样本训练速度有优势。个人觉得这是的最主要的优点。
　　　　2、由于可以随机选择决策树节点划分特征，这样在样本特征维度很高的时候，仍然能高效的训练模型。
　　　　3、 在训练后，可以给出各个特征对于输出的重要性
　　　　4、 由于采用了随机采样，训练出的模型的方差小，泛化能力强。
　　　　5、相对于Boosting系列的Adaboost和GBDT， RF实现比较简单。
　　　　6、 对部分特征缺失不敏感。
RF的主要缺点有：
　　　　1）在某些噪音比较大的样本集上，RF模型容易陷入过拟合。
　　　　2) 取值划分比较多的特征容易对RF的决策产生更大的影响，从而影响拟合的模型的效果。

14、随机森林数据过拟合

下面哪个/些超参数的增加可能会造成随机森林数据过拟合？
A.树的数量
B.树的深度 （√）
C.学习速率
解析：我们增加树的深度有可能会造成模型过拟合。学习速率并不是随机森林的超参数。增加树的数量可能会造成欠拟合。

15、随机森林如何处理缺失值？

a、暴力填补
	Python中的na.roughfix包提供简单的缺失值填补策略：
	对于训练集中处于同一个类别下的数据，如果是类别变量缺失，则用众数补全，如果是连续变量，则用中位数。
b、相似度矩阵填补
	RF的Python实现中，有一个rfImpute包，可以提供更加高层的缺失值填补。
	首先先用暴力填补法进行粗粒度填充。然后使用上述填补后的训练集来训练随机森林模型，并统计相似度矩阵（proximity matrix），然后再看之前缺失值的地方，如果是分类变量，则用没有缺失的观测实例的相似度中的权重进行投票；如果是连续性变量，则用相似度矩阵进行加权求均值。
上述投票方案迭代进行4~6次。

16、解释相似度矩阵

相似度矩阵就是任意两个观测实例间的相似度矩阵，原理是如果两个观测实例落在同一棵树的相同节点次数越多，则这两个观测实例的相似度越高。