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机器学习之决策树

机器学习之决策树

作者: oneape15 | 来源:发表于2019-01-06 08:43 被阅读0次

前提概要

决策树是一个预测模型,它表示对象属性对象类别之间的一种映射。决策树中的非叶子节点表示对象属性的判断条件,其分支表示符合节点条件的所有对象,树的叶子节点表示对象所属的类别。

来个例子

比如我们用贷款业务中的一个例子来讲,如下:

  • 对象属性 - 比如贷款用户的年龄、是否工作、是否有房产、信用评分等
  • 对象类别 - 是否批准其贷款申请。

构建的决策树如下:


贷款情况表训练出来的决策树

决策树可以转化为一系列的规则(Rule),从而构成一个规则集(Rule Set),这样的规则很容易理解和运用。

比如上述决策树,最左边的分支对应的规则是:如果客户年龄属于青年,而且有工作,那么就可以批准其贷款申请。

决策树的构造过程

  • 确定一个属性,根据不同记录在该属性上的取值,对所有记录进行划分。
  • 对每个分支重复这个过程,即对每个分支选择另外一个未参与树的创建的属性,继续对样本进行划分;

属性的选择(特征选择)的目的是使分类后的数据集比较纯,即数据集里主要是某个类别的样本,因为决策树的目标就是把数据庥按对应的类别标签进行分类。

最理解的情况下:通过特征的选择,能把不同类别的数据集贴上对应的类别标签。

引入几个概念

我们一般会引入数据纯度函数(即信息增益函数)来衡量一个数据集的纯度。

信息熵: 表示的是不确定性,非均匀分布时,不确定性最大,此时熵就最大。
信息增益: 当选择某个特征,对数据集进行分类时,分类后的数据集的信息熵会比分类前的小,其差值表示为信息增益。信息增益可以衡量某个特征对分类结果的影响大小。
对于一个数据集,特征A作用之前的信息熵计算公式为:
Info(D) = -\sum_{i=1}^cP_ilog_2(P_i)

  • D - 为训练数据集;
  • c - 为类别数量;
  • Pi - 为类别i样本数量点所有样本的比例;

对应数据集D,选择特征A作为决策树判断节点时,在特征A作用后的信息熵为:
Info_A(D)=-\sum_{j=1}^k\frac{D_j}{D}*Info(D_j)

  • k - 为样本D被分数k个子集;

信息增益表示数据集D在特征A的作用后,其信息熵减少的值(信息熵差值),其计算公式如下:
Gain(A)=Info(D) - Info_A(D)

决策树的剪枝

在决策树建立的过程中,很容易出现过拟合(Overfitting)的现象。过拟合是指模型非常逼近训练样本,模型是在训练样本上训练出来的,在训练样本上预测的准确率很高,但是对测试样本的预测准确率不高,效果并不好,也就是模型的eneralization泛化能力(Generalization)差.
当把模型应用到新数据上时,其预测效果不好,过拟合不利于模型的实际应用。

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