随机森林------random forest

决策树
先说下决策树吧，具体的算法什么的就不讲了，很基本的东西，网上有很多。主要总结下三种特征选择的优缺点。

ID3 基于信息增益做特征选择，所以很容易受到某一特征特征值数量的干扰。信息增益会偏向于属性值多的那一个属性。

所以C4.5采用了信息率作为特征选择的标准。信息率就是在信息增益的基础上除以一个值，这个值与属性值的数量有关，属性值的数量越多该值越大，那么信息率也就越小。那么信息率就偏向于选择那些特征值较少的属性，所以我们用增益率做选择的时候，一般都是先选出几个信息增益较高的属性，在用信息率做选择。

随机森林

森林是什么，就是很多棵树，所以很明白了随机森林就是要用很多棵树来做分类。

那么为什么要用很多棵树呢。因为一棵树很容易发生过拟合，决策树对数据的扰动很敏感，尤其是完全长成的一棵树，所以我们希望用很多颗不同的树同时决策，来解决过拟合的问题。

那么如何使用多颗不同的树呢，这就是随机的思想，这里就用到了bagging。

bagging 说了什么，对于一份数据集，我们可以通过bootstrap来抽样，然后可以用抽样得来的不同数据集进行训练得到不同的树，bootstrap抽样其实就相当于对数据加了权重，这样训练出来的树的关注点就不同了。

在一个我们在训练树的时候，不再是用数据的所有属性来进行分支，而是随机的选择一些属性出来。这又加大了扰动，使得树变得更加的不同。

当然随机的选择属性相当于对原属性在原来的方向上做一个映射 ϕ(x) ,那么这个映射我们还可以做得更加的不同，我们的映射可以是原来一些特征的线性组合，这样我们的分类就变的更加不同了，以前每一次对数据集的切分都是垂直他的维度的。现在变成线性的了。后面会有例子。

通过这种随机的扰动，让我们训练出了不同的决策树，这就是随机森林。

oob–out of bag

什么是oob,我们用bootstrap抽样的时候，如果抽样后的数据量要与之前的相等，那么最多有66.6%左右的数据会被选择，也就是说还有大概三分之一的数据是没有被用到的，那么没有被用到的数据可以干什么，可以用来验证我们学习的模型怎么样，从而调整参数。

那么假如我们要训练N棵树，就需要N次的bootstrap，那么对于一条数据 (xn,yn) ,他可能在训练第一颗树的时候被用到了，训练第二颗树的时候就没有被用到，我们看下图。

那么这样，对于没有用到数据 (xn,yn) 的那些树来说，这些树组合起来作为 G− ,我们就可以用这条数据来估计 G− 的性能好坏。然后对于每一条记录我们都可以估计一个对应的 G− ，综合起来，就是对G的估计验证。

Eoob(G)=1N∑n=1Nerr(yn,G−)

特征选择
随机森林还有一个重要的应用是可以进行特征选择。

特征选择是什么意思，就是我们把多余的无用的特征去掉。比如我们预测一个人的信用状况，那貌似和她的身份证号没什么关系吧。

那么特征选择有什么优点呢，首先降低了维度计算变得简单，其次特征维度降低之后有助于避免过拟合。缺点也是有的，比如如果维度删除的不正确反倒容易造成过拟合。

那么有什么手段进行特征选择呢。

一种就是例如线性模型这样给每个维度计算一个权值，然后根据权值的绝对值大小进行排序，越高的说明这个属性越重要，当然也可以加入正则化项，这样有的不重要的属性的权重值就会降低。

再有一种就是用随机森林的方法了。

我们说我们如何衡量一个属性的重要性呢？

如果一个属性它是重要的，那么我们往这个属性中添加一些noise，整个分类器的性能就会降低。
importance(i) = performence(i) - performence^'(i)

那么怎么向第i个属性中添加noise，一种方法就是我们把整个数据中第i个属性的属性值全部打乱然后重新分配，这种方法叫做 permutation

那么我们可以把这种方法应用到随机森林上。为什么要用随机森林呢，是因为随机森林有一个oob这样一种验证方法。不用再找新的验证集了。

importance（i）= Eoob(D)−Eoob(Dp)

这里我们没有在扰乱i属性之后重新训练一个树来测试，而是在数据集上做了手脚。

我们在用 (xn,yn) 验证 G− 的时候，对于里面的每个树 gt ,我们总会应用到这个数据的i属性，那么在这个时候，我们把这个属性值替换就好了。替换成什么呢，我们这里只在对于 gt 的oob那些数据的i属性值当中选择。