随机森林总结

随机森林-当算法是回归算法,模型的泛化误差公式推导 是模型在不同数据集上输出的结果的方差,衡量模型稳定性。是数据收集过程当中不可避免的、与数据真实分布无关的信息。因此我们可以得到,学得的算法预测结果的期望为。根据描述,我们来看一下偏差、方差、噪音的公式。是预测值与真实值之间的差异,衡量模型的精度。首先我们假定噪声的期望为 0,也就是。 阅读详情

一、为什么要有放回抽样,而不是无放回?

  • 保证数据量。假设总共有10w条样本,采用无放回抽样,用100颗树,这样每棵树最多只能用1000条样本。
  • 如果不放回抽样,那么每棵树用的样本完全不同,基学习器之间的相似性过小,投票结果差,模型偏差大

二、怎么样给出特征重要性的?

  1. 对于每棵决策树,用袋外数据计算它的袋外数据误差,记为err1err1err1
  2. 随机地对袋外数据所有样本的特征XXX加入噪声干扰(就可以随机的改变样本在特征X处的值),再次计算它的袋外数据误差,记为err2err2err2
  3. 假设随机森林中有NNN棵树,那么特征XXX的重要性就等于1N∑(err2−err1)\frac{1}{N}\sum(err2-err1)N1​∑(err2−err1)

若给某个特征随机加入噪声之后,袋外的准确率大幅度降低,则说明这个特征对于样本的分类结果影响很大,也就是说它的重要程度比较高。

三、怎么样进行特征选择?

  1. 对随机森林中的特征变量按照VI(Variable Importance)降序排序
  2. 确定删除比例,从当前的特征变量中剔除相应比例不重要的指标,从而得到一个新的特征集
  3. 用新的特征集建立新的随机森林,并计算特征集中每个特征的VI,并排序
  4. 重复以上步骤,直到剩下m个特征

四、为什么随机森林能降低方差?

  • 假设模型之间是相互独立的,每个模型的方差是σ2\sigma^2σ2,那么随机森林的方差就是Var(1n∑i=1nXi)=σ2nVar(\frac{1}{n}\sum\limits_{i=1}^n X_i)=\frac{\sigma^2}{n}Var(n1​i=1∑n​Xi​)=nσ2​
  • 但模型之间并不是独立的,假设单模型之间具有相关系数0<ρ<10\lt\rho\lt10<ρ<1,那么随机森林的方差为Var(1n∑i=1nXi)=σ2n+n−1nρσ2Var(\frac{1}{n}\sum\limits_{i=1}^n X_i)=\frac{\sigma^2}{n}+\frac{n-1}{n}\rho\sigma^2Var(n1​i=1∑n​Xi​)=nσ2​+nn−1​ρσ2当nnn很大时,模型方差趋于ρσ2\rho\sigma^2ρσ2。而随机森林又随机选取特征,所以单模型之间的相关性更低,所以模型方差更小。

五、优缺点?

  • 优点
    • 方差小,泛化能力强
    • 表现较好
    • 能够给出特征重要性
    • 能够处理高维的数据
    • 可以高度并行化
  • 缺点:
    • 在噪声较大的分类或者回归问题上会过拟合
    • 比决策树慢
    • 像一个黑盒子,你无法控制模型内部的运行
RandomForest中的包外误差估计out-of-bag (oob) error estimate 1. 引入 从RandomForest的鼻祖Breiman的comments(参考1)中,可以看到他说过:对于RandomForest的validation,没有必要像其他模型一样做cross-validation了,可以直接用RandomForest在内部就提供了out-of-bag (oob) error estimate,用这种方法就可以看出RF的训练效果了。 那我们该怎么理解out-of-bag (oob) error estimate呢? 2. 原理:oob error estimate 首先解释 阅读详情

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