树回归算法之通俗讲解

本文介绍了树回归算法,作为线性回归的补充,解决非线性问题。通过CART算法构建回归树和模型树,其中回归树的叶节点是常数值,模型树的叶节点是线性方程。过拟合问题通过剪枝来解决,包括预剪枝和后剪枝。后剪枝通过测试集来确定最佳模型,而模型树则以线性模型来拟合数据,误差计算方法不同于回归树。

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       本章也是预测数值型数据,非分类算法。

       前面介绍了线性回归预测数值型数据,但是有不足:

       (1)需要拟合所有的样本点(局部加权线性回归除外)

       (2)当数据拥有众多特征且特征之间关系十分复杂时,构建全局模型的想法就显得很难了,也略显笨拙。

       (3)实际生活中很多问题都是非线性的,不可能使用全局线性模型来拟合任何数据。

       所以就用到了树回归,树结构和回归法结合。

       树回归是通过构建树,来对连续性数值型(回归)数据进行预测。所以首先构建树,将构建两种树:回归树和模型树,然后分别用户回归。

       (1)回归树(regression tree),其每个叶节点包含单个值。

       (2)模型树(model tree),其每个叶节点包含一个线性方程。

一、CART算法构建(通用)树

       CART(Classification And Regression Trees,分类回归树)是一种树构建算法。该算法既可以用于分类还可以用于回归。CART算法采用二元切分来处理连续型变量,对CART稍作修改就可以处理回归问题。

       前面讲到过决策树,用的是ID3算法构建树,非二元切分,而是按照特征的所有可能取值类切分。

       回归树与分类树的思路类似,但是节点的数据类型不是离散型,而是连续型。

<think>好的,我需要回答用户关于决策算法的问题,包括其基本概念、工作原理和原理简介。首先,我需要回顾一下决策的相关知识,确保自己理解正确。决策是一种监督学习算法,用于分类和回归任务。它的结构类似于,有根节点、内部节点和叶节点。每个内部节点代表一个特征或属性上的判断条件,分支代表判断结果,叶节点代表最终的决策结果。 接下来,我需要解释决策如何工作。通常包括特征选择、的生成和剪枝。特征选择是关键,常用的方法有信息增益、信息增益比和基尼指数。比如,ID3算法使用信息增益,C4.5使用信息增益比,CART使用基尼指数。这部分需要详细说明,但要注意用中文和正确的LaTeX格式。例如,信息增益的公式应该是$IG(D, A) = H(D) - H(D|A)$,其中$H(D)$是数据集D的经验熵,$H(D|A)$是在特征A条件下的经验条件熵。 然后,的生成过程是递归的。从根节点开始,根据特征选择方法选择最优特征,分割数据集,生成子节点。重复这个过程直到满足停止条件,比如所有样本属于同一类别,或者没有更多特征可用。这里可能需要提到过拟合的问题,因此剪枝是必要的,通过预剪枝或后剪枝来简化模型,提高泛化能力。 还要注意用户提到的引用,需要正确引用站内资料。例如,引用[^3]提到构建决策的过程包括特征选择、决策节点的确定、的生成和剪枝,这和我的解释一致,可以在适当的地方引用。 用户可能不太理解如何选择特征,所以需要举例说明。比如,使用信息增益时,选择能最大减少不确定性的特征。而基尼指数则衡量数据的不纯度,选择划分后基尼指数最小的特征。 此外,需要确保所有的数学公式用正确的LaTeX格式,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。例如,基尼指数的公式应该是$Gini(D) = 1 - \sum_{k=1}^{K} p_k^2$,其中$p_k$是第k类样本的比例。 最后,生成相关问题时要考虑用户可能的后续疑问,比如决策的优缺点、不同算法比较(ID3 vs CART)、如何处理连续值或缺失值等。确保问题相关且有助于深入理解。 总结一下,回答的结构应该是:基本概念、工作原理(特征选择、生成、剪枝)、原理简介,然后相关问题。确保每个部分引用正确的来源,如特征选择部分引用,应用场景引用[^1]等。</think>### 决策算法基本概念与原理 #### 1. **什么是决策?** 决策是一种**监督学习算法**,通过状结构对数据进行分类或回归。其核心思想是通过对特征值的逐步判断,最终达到预测目标变量的目的。的结构包含: - **根节点**:初始判断条件(特征) - **内部节点**:中间判断条件(特征) - **叶节点**:最终的分类或回归结果[^3] #### 2. **如何工作?** 决策的构建分为以下步骤: **(1)特征选择** 选择对数据集划分最有效的特征。常用指标包括: - **信息增益**(ID3算法): 公式为 $IG(D, A) = H(D) - H(D|A)$,其中 $H(D)$ 是数据集的经验熵,$H(D|A)$ 是特征 $A$ 的条件熵。 - **基尼指数**(CART算法): 公式为 $Gini(D) = 1 - \sum_{k=1}^{K} p_k^2$,选择划分后基尼指数最小的特征[^2]。 **(2)的生成** 递归地分割数据集: 1. 从根节点开始,选择最优特征进行划分。 2. 对每个子节点重复上述过程,直到满足停止条件(如所有样本属于同一类别、无剩余特征或达到预设深度)。 **(3)剪枝** 为防止过拟合,通过预剪枝(提前终止分裂)或后剪枝(生成完整后裁剪)优化结构。 #### 3. **原理简介** 决策的本质是通过**最大化信息增益**或**最小化不纯度**,将数据划分到更“纯净”的子集中。例如: - **分类任务**:叶节点输出类别标签。 - **回归任务**:叶节点输出连续值(如均值)。 $$ \text{示例:基尼指数计算} \\ Gini(D) = 1 - (p_{\text{是}}^2 + p_{\text{否}}^2) $$ --- ###
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