GEE进行随机森林交叉验证

问题背景

今天在GEE上跑随机森林回归的时候，需要做一下交叉验证。然找遍全网，几乎全都是收费的，没办法，只好亲自写了个交叉验证，现在将代码共享出来给大家学习。

GEE交叉验证

不说废话，直接上代码。

// 在 training 要素集中增加一个 random 属性，值为 0 到 1 的随机数
var withRandom = crop.randomColumn({
  columnName: 'random',
  seed: 2,
  distribution: 'uniform'
});

var k = 5; // 交叉验证的折数

// 准备 k 折数据集
var partitions = ee.List.sequence(0, k - 1).map(function(i) {
  var split1 = ee.Number(i).divide(k)
  var j = ee.Number(i).add(1)
  
  var split2 = j.divide(k)
  
  var testing = withRandom.filter(ee.Filter.gte('random', split1))
                          .filter(ee.Filter.lt('random', split2));
  var training = withRandom.filter(ee.Filter.lt('random', split1))
                           .merge(withRandom.filter(ee.Filter.gte('random', split2)));
  return ee.Dictionary({
    'fold': i,
    'training': training,
    'testing': testing
  });
});

// 函数：进行 k 折交叉验证
var foldResults = partitions.map(function(partition) {
  partition = ee.Dictionary(partition);
  var training = ee.FeatureCollection(partition.get('training'));
  var testing = ee.FeatureCollection(partition.get('testing'));

  // 训练随机森林模型
  var classifier = ee.Classifier.smileRandomForest(100, null, 1, 0.5, null, 0).setOutputMode('REGRESSION')
    .train({
      features: training, 
      classProperty: 'totalPre', 
      inputProperties: properties,
    });

  // 使用模型进行预测
  var predictions = testing.classify(classifier);

  // 计算决定系数 R^2
  var meanActual = ee.Number(testing.reduceColumns({
    reducer: ee.Reducer.mean(),
    selectors: ['totalPre'] // 修改为你的目标属性
  }).get('mean'));

  var ssTotal = ee.Number(testing.map(function(feature) {
    var diff = ee.Number(feature.get('totalPre')).subtract(meanActual); // 修改为你的目标属性
    return feature.set('sqTotal', diff.pow(2));
  }).reduceColumns({
    reducer: ee.Reducer.sum(),
    selectors: ['sqTotal']
  }).get('sum'));

  var ssResidual = ee.Number(predictions.map(function(feature) {
    var diff = ee.Number(feature.get('totalPre')).subtract(feature.get('classification')); // 修改为你的目标属性
    return feature.set('sqResidual', diff.pow(2));
  }).reduceColumns({
    reducer: ee.Reducer.sum(),
    selectors: ['sqResidual']
  }).get('sum'));

  var rSquared = ee.Number(1).subtract(ssResidual.divide(ssTotal));

  return ee.Dictionary({
    'fold': partition.get('fold'),
    'rSquared': rSquared,
    'classifier': classifier
  });
});

这里我进行了五折交叉验证，大家如果有需要可以自行设置折数。在GEE中，凡是用到map函数的地方，客户端操作都是不允许的，在进行操作前，最好包装成服务端的变量。

结果查看

// 收集所有折的结果
var results = ee.FeatureCollection(foldResults.map(function(result) {
  result = ee.Dictionary(result);
  return ee.Feature(ee.Geometry.Point([0, 0]), {
    'fold': result.get('fold'),
    'rSquared': result.get('rSquared')
  });
}));

此处可以查看交叉验证后每一折的结果，其中fold是折数，rSquared是决定系数。