机器学习之决策树

本文深入解析决策树算法,包括熵、信息增益、信息增益率、GINI系数等核心概念,以及预剪枝和后剪枝策略。通过实例演示决策树的构建过程,并展示如何使用skLearn库实现决策树模型,同时探讨参数调整以优化模型表现。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

决策树是一个递归的过程,每层使用不同判断标准。

  • 信息增益
  • 信息增益率
  • GINI系数
  • 剪枝策略
  • 举例
    在这里插入图片描述
1.熵

熵表示随机变量不确定性的度量(即内部混乱程度,分布越混乱熵值越大。)

E ( x ) = − ∑ ( p ) ∗ l o g ( p ) i = 1 , 2 , 3...... E(x) = -\sum (p)*log(p) i = 1,2,3...... E(x)=(p)log(p)i=1,2,3......
例如A [1 1 1 1 2 2 2 2] B[1 2 3 4 5 6 7 8] C[1 1 1 1 1 1 1 1]
A的集熵值较低,B熵值更大 C最小因为C的熵值为0(元素概率为1)

2.信息增益 ID3

熵值增加或减少的值:
在这里插入图片描述

3.信息增益率 ID3

考虑自身的熵值。
G a i n ( D , a ) ′ = G a i n ( D , a ) / I V Gain(D, a)' = Gain(D, a) / IV Gain(D,a)=Gain(D,a)/IV
IV即自身的熵值。

4.GINI系数

G a i n ( D ) = 1 − ∑ k = 1 K p 2 Gain(D) = 1 - \sum_{k = 1}^K p^2 Gain(D)=1k=1Kp2
和熵的衡量标准基本一致,只是计算方式不同

5.剪枝策略(控制节点个数等等)

预剪枝策略:边建立决策树边剪枝
后剪枝:建立完成之后再剪枝

6.例子

在这里插入图片描述
决策树之前,根节点包含所有样本。根节点的信息熵为:
E n t ( D ) = − ( ( 8 / 17 ) ∗ l o g   2 8 / 17 + ( 9 / 17 ) ∗ l o g   2 9 / 17 ) = 0.998 Ent(D) = -((8/17) * log~2^{8/17} + (9/17) * log~2^{9/17})=0.998 Ent(D)=((8/17)log 28/17+(9/17)log 29/17)=0.998
如果按照色泽划分:
D1:青绿
D2:乌黑
D3:浅白
同样算出三个熵值,
E ( D 1 ) = − ( ( 3 / 6 ) ∗ l o g   2 3 / 6 + ( 3 / 6 ) ∗ l o g   2 3 / 6 ) = 1 E(D1) = -((3/6) * log~2^{3/6} + (3/6) * log~2^{3/6})=1 E(D1)=((3/6)log 23/6+(3/6)log 23/6)=1

信息增益
G a i n ( D , 色 泽 ) = E n t ( D ) − ( ( 6 / 17 ) ∗ 1 + ( 6 / 17 ) ∗ 0.918 + ( 5 / 17 ) ∗ 0.722 = 0.109 Gain(D, 色泽) = Ent(D) - ((6/17) * 1 + (6/17)*0.918 + (5/17)*0.722 = 0.109 Gain(D,)=Ent(D)((6/17)1+(6/17)0.918+(5/17)0.722=0.109
同理可以计算出按照其他属性的值:
例如*Gain(D, 根蒂) = 0.143 Gain(D, 纹理) = 0.143 *…
得到纹理增益最大。对纹理进一步子节点进一步划分。

信息增益率 例如通过上述步骤得到触感属性进行划分信息增益0.006
信息增益率 = 0.006/0.874
0.874即公式中的IV
I V = − ( ( 12 / 17 ) ∗ l o g   2 12 / 17 + ( 5 / 17 ) ∗ l o g   2 5 / 17 ) IV = -((12/17) * log~2^{12/17} + (5/17) * log~2^{5/17}) IV=((12/17)log 212/17+(5/17)log 25/17)

使用skLearn实现基本决策树
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
%matplotlib inline

#在线数据 联网下载
from sklearn.datasets.california_housing import fetch_california_housing
housing = fetch_california_housing()

from sklearn.model_selection import train_test_split
data_train, data_test, target_train, target_test = train_test_split(housing.data, housing.target, test_size = 0.1, random_state = 42)
decisionTree = tree.DecisionTreeRegressor(random_state = 42)
#housing.data[:, [0, 1]] 输入样本x  housing.target样本标签
decisionTree.fit(data_train, target_train)
decisionTree.score(data_test, target_test)

如果想更换不同的参数得到最高的效果,可以使用GridSearchCV


from sklearn.grid_search import GridSearchCV
# criterion='mse', max_depth=None, max_features=None,
#            max_leaf_nodes=None, min_impurity_decrease=0.0,
#            min_impurity_split=None, min_samples_leaf=1,
#            min_samples_split=3, min_weight_fraction_leaf=0.0,
#            presort=False, random_state=None, splitter='best'
tree_param_grid = { 'min_samples_split': list((3,6,9)),'max_depth':list((2,4,6,8,16, 32))}
grid = GridSearchCV(tree.DecisionTreeRegressor(),param_grid=tree_param_grid, cv=5)
grid.fit(data_train, target_train)
grid.grid_scores_, grid.best_params_, grid.best_score_

输出得到最好结果的组合:

([mean: 0.44506, std: 0.00625, params: {'max_depth': 2, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.44506, std: 0.00625, params: {'max_depth': 2, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.44506, std: 0.00625, params: {'max_depth': 2, 'min_samples_split': 9},
  mean: 0.57607, std: 0.00765, params: {'max_depth': 4, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.57607, std: 0.00765, params: {'max_depth': 4, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.57607, std: 0.00765, params: {'max_depth': 4, 'min_samples_split': 9},
  mean: 0.64758, std: 0.00481, params: {'max_depth': 6, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.64659, std: 0.00582, params: {'max_depth': 6, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.64700, std: 0.00511, params: {'max_depth': 6, 'min_samples_split': 9},
  mean: 0.68846, std: 0.00426, params: {'max_depth': 8, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.68738, std: 0.00471, params: {'max_depth': 8, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.68722, std: 0.00515, params: {'max_depth': 8, 'min_samples_split': 9},
  mean: 0.62133, std: 0.00743, params: {'max_depth': 16, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.63677, std: 0.00863, params: {'max_depth': 16, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.65077, std: 0.00892, params: {'max_depth': 16, 'min_samples_split': 9},
  mean: 0.60382, std: 0.00944, params: {'max_depth': 32, 'min_samples_split': 3},
  mean: 0.62400, std: 0.01184, params: {'max_depth': 32, 'min_samples_split': 6},
  mean: 0.64117, std: 0.00866, params: {'max_depth': 32, 'min_samples_split': 9}],
 {'max_depth': 8, 'min_samples_split': 3},
 0.6884636618151855)

完整代码:完整代码

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值