一张图看懂集成学习和随机森林

本文探讨了如何通过并行计算加速不同的集成学习方法,如bagging、pasting、随机森林和stacking。对于bagging和pasting,可以在多个服务器上并行训练以提高效率;然而,boosting和stacking由于其内在的依赖性,不适合这种并行化。此外,介绍了包外评估的优势,它允许在不额外划分验证集的情况下对bagging集成进行公正的评估。当梯度集成出现欠拟合时,降低学习率是有效的解决方案。

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一些问题
硬投票与软投票

是否可以通过在多个服务器上并行来加速bagging集成的训练?pasting集成呢?boosting集成呢?随机森林或stacking 集成呢?

  • 对于bagging集成来说,将其分布在多个服务器上能够有效加速训练过程,因为集成中的每个预测器都是独立工作的。对pasting 集成和随机森林也一样。但是boosting集成的每个预测器都是基于其前序的结果,因此训练过程必须是有序的,将其分布在多个服务器上毫无意义。对于stacking集成来说,某个指定层的预测器之间彼此独立,可以在多台服务器上并行训练,但是某一层的预测器只能在其前一层的预测器全部训练完成之后才能开始训练。

包外评估的好处是什么?

  • 包括评估可以对bagging集成中的每个预测器使用其未经训练的实例进行评估。不需要额外的验证集,就可以对集成实施相当公正的评估。所以如果训练使用的实例越多,集成的性能可能略有提升。

如果你的梯度集成对训练集欠拟合,你是应该提升还是降低学习率?

  • 降低学习率,也可以通过提前停止法来寻找合适的预测器数量。
### 随机森林简介 随机森林属于集成学习方法之一,通过构建多个决策树并综合其预测结果来进行最终判断[^1]。该算法能够有效减少过拟合现象的发生,在处理高维数据方面表现尤为出色。 #### 工作原理概述 每棵决策树都是基于不同的训练样本子集建立起来的;这些子集是从原始数据集中采用放回抽样方式获得的(即Bootstrap采样)。当面对一个新的输入实例时,所有单棵树都会给出自己的分类建议,最后由整个森林投票决定最可能的结果类别[^3]。 对于特征的选择上,不同于传统决策树每次分裂节点会考虑全部维度的情况,随机森林仅挑选部分特征参与竞争最优划分标准,这样做的好处是可以进一步降低各成员间关联度从而增强模型泛化能力。 #### 参数配置说明 - `n_estimators`:定义组成随机森林的树木总数,默认值通常设为100; - `criterion`:衡量分支质量的标准选项包括"gini"(基尼不纯度) "entropy"(信息增益),前者计算简便故更为常用; - `max_depth`:控制单个决策树生长的最大层数限制; - `min_samples_split`:规定内部节点再划分所需最小样本数; - `max_features`:指定寻找最佳分割点时考察的最大特征数目[^4]。 ```python from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier import numpy as np # 加载鸢尾花数据集 data = load_iris() X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(data.data, data.target, test_size=0.2) # 创建随机森林分类器对象 clf = RandomForestClassifier( n_estimators=100, criterion="gini", max_depth=None, min_samples_split=2, max_features="sqrt" ) # 训练模型 clf.fit(X_train, y_train) # 输出测试集上的准确率 print(f"Accuracy on the test set: {np.mean(y_test == clf.predict(X_test)):.3f}") ```
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