独家 | 使用Python了解分类决策树(附代码)

本文介绍了分类决策树的基础知识,包括结构、预测原理,并通过Python的scikit-learn库展示了构建决策树的过程,以及使用IRIS数据集进行分类。同时,探讨了超参数调整,特别是max_depth对模型精度的影响,强调了选择合适复杂度的重要性。

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作者:Michael Galarnyk

翻译:李润嘉

校对:和中华

本文约3600字,建议阅读15分钟。

本教程介绍了用于分类的决策树,即分类树,包括分类树的结构,分类树如何进行预测,使用scikit-learn构造分类树,以及超参数的调整。

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本教程详细介绍了决策树的工作原理

由于各种原因,决策树一种流行的监督学习方法。决策树的优点包括,它既可以用于回归,也可用于分类,易于解释并且不需要特征缩放。它也有一些缺点,比如容易过拟合。本教程介绍了用于分类的决策树,也被称为分类树。

除此之外,本教程还将涵盖:
  • 分类树的结构(树的深度,根节点,决策节点,叶节点/终端节点)

  • 分类树如何进行预测

  • 如何通过Python中的scikit-learn构造决策树

  • 超参数调整


与往常一样,本教程中用到的代码可以在我的github(结构,预测)中找到,我们开始吧!
 
什么是分类树?
 
分类和回归树(CART)是由Leo Breiman引入的,用一种于解决分类或回归预测建模问题的决策树算法。本文只介绍分类树。
 
分类树
 
从本质上讲,分类树将分类转化为一系列问题。下图是在IRIS数据集(花卉种类)上训练的一个分类树。根节点(棕色)和决策节点(蓝色)中包含了用于分裂子节点的问题。根节点即为最顶端的决策节点。换句话说,它就是你遍历分类树的起点。叶子节点(绿色),也叫做终端节点,它们不再分裂成更多节点。在叶节点处,通过多数投票决定分类。
 

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将三个花卉品种(IRIS数据集)一一进行分类的分类树

 
如何使用分类树
 
使用分类树,要从根节点(棕色)开始,逐层遍历整棵树,直到到达叶节点(终端节点)。如下图所示的分类树,假设你有一朵花瓣长度为4.5cm的花,想对它进行分类。首先从根节点开始,先回答“花瓣长度(单位:cm)≤ 2.45吗?”因为宽度大于2.45,所以回答否。然后进入下一个决策节点,回答“花瓣长度(单位:cm)≤ 4.95吗?”。答案为是,所以你可以预测这朵花的品种为变色鸢尾(versicolor)。这就是一个简单的例子。
 

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分类树如何生长(非数学版)
 
分类树从数据中学到了一系列“如果…那么…”的问题,其中每个问题都涉及到一个特征和一个分割节点。从下图的局部树(A)可看出,问题“花瓣长度(单位:cm)≤ 2.45”将数据基于某个值(本例中为2.45)分成两个部分。这个数值叫做分割点。对分割点而言,一个好的值(使得信息增益最大)可将类与类之间分离开。观察下图中的B部分可知,位于分割点左侧的所有点都被归为山鸢尾类(setosa),右侧的所有点则被归为变色鸢尾类(versicolor)。
 

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