机器学习——决策树与随机森林

机器学习——决策树与随机森林

1.决策树的主要元素：根节点、内部节点、叶节点。其中根节点聚集了所有的样本，内部节点表示根据某个特征进行分类，叶节点根据节点内样本数最多的那一类作为输出。

2.决策树的主要处理方式：根据信息增益、信息增益率或者基尼系数这三个指标来选取局部最优的分类特征。

3.决策树由于是递归过程，所以会出现过拟合现象。需要通过剪枝来使得模型的泛化能力增强。

4.决策树主要形式有分类决策树、回归决策树，针对因变量是分类型变量还是连续型变量。

决策树的主要三个算法，主要的区别在于选择特征的标准。

1. ID3算法 （信息增益）

2. C4,5算法 （信息增益率）

3. CART算法 （基尼系数）

信息增益的理论知识：

1.信息熵

2.条件熵

3.互信息







ID3就是通过对所有特征进行信息增益（互信息）的比较，选择使得信息增益最大的变量作为分类特征。

以上是理论指标的定义，在实际样本中，有经验熵，经验条件熵的定义。

经验熵：设样本为D，样本中有K类，每一类的样本量为Ck。

经验熵



经验条件熵

根据特征进行分类后，特征有n个水平，将样本分为n个部分，其中每一个部分属于K类的样本有Cik个。



ID3

经验熵与条件经验熵做差就得到了信息增益（互信息），根据信息增益的大小选择特征作为分类。并且递归的处理下去就会得到一整颗决策树。

C4,5

C4,5算法与ID3不同之处在于，算法使用了信息增益率代替了信息增益，信息增益偏向于选择属性很多的作为特征，会使得决策树变得很庞大，导致过拟合。当使用信息增益率后，可以有效限制选择属性过多的特征来建立决策树，一定程度上防止过拟合。当A属性过多时，



CART

CART算法简称为分类与回归树，选择特征的标准通过基尼系数实现。



分类误差率的实现

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

p=np.linspace(0.001,1,100,endpoint=False)
gini=2*p*(1-p)
ent=-(p*np.log2(p)+(1-p)*np.log2(1-p))/2
error=1-np.max(np.vstack((p,1-p)),0)
plt.plot(p,gini,'r-',label='Gini')
plt.plot(p,ent,'b-',label='Entropy')
plt.plot(p,error,'g-',label='Error')
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()

鸢尾花数据集python通过决策树实践

import numpy as np
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn import datasets
from sklearn.pipeline import Pipeline

#读取数据，划分训练集和测试集
iris=datasets.load_iris()
x=iris.data[:,:2]
y=iris.target
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, train_size=0.7, random_state=1)
#模型训练
# model=DecisionTreeClassifier(max_depth=3)
# model=model.fit(x_train,y_train)
model = Pipeline([('ss',StandarScaler()),('DCT',DecisionTreeClassifier(criterion='entropy', max_depth=3)
])
model = model.fit(x_train,y_train)
y_test_hat=model.predict(x_test)
res=y_test==y_test_hat
acc=np.mean(res)
print '训练集上的正确率是%.2f%%'%(acc*100)