随机森林分类和决策树的对比

本文探讨了随机森林分类与决策树的区别,通过交叉验证和for循环比较两者性能。并研究了随机森林中最佳树木数量,利用代码表示组合求和公式,展示森林中树的随机值选择。此外,还解释了37%的袋外数据概念,并介绍了随机森林分类接口的使用。强调在构建随机森林前,需确保单棵决策树的预测准确率至少为50%。

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from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.datasets import load_wine

wine = load_wine()
wine.data  # 特征矩阵,不能为一维,要和标签分开导入
wine.target  # 标签,必须为一维,要和特征矩阵分开导入

from sklearn.model_selection import train_test_split
Xtrain,Xtest,Ytrain,Ytest = train_test_split(wine.data,wine.target,test_size=0.3)

clf = DecisionTreeClassifier(random_state=0) # 实例化
rfc = RandomForestClassifier(random_state=0) # 实例化
clf = clf.fit(Xtrain,Ytrain)   # 训练集带入实例化后的模型去进行训练,使用的接口是fit
rfc = rfc.fit(Xtrain,Ytrain)   # 训练集带入实例化后的模型去进行训练,使用的接口是fit
score_c = clf.score(Xtest,Ytest)# 使用其他接口score将测试集导入我们训练好的模型,去获取我们希望获取的结果(score、Y_test)
score_r = rfc.score(Xtest,Ytest)# 使用其他接口score将测试集导入我们训练好的模型,去获取我们希望获取的结果(score、Y_test)

print('Single Tree:{}'
### 决策树随机森林分类算法的原理与实现 #### 1. 决策树分类算法 ##### 定义与基本原理 决策树是一种监督学习方法,适用于分类回归任务。它的目标是通过对数据集进行递归分裂,形成一棵树形结构,使得每个叶节点代表一个类别或数值预测[^1]。 - **分裂标准**:常用的分裂准则包括信息增益、基尼指数等。通过最大化信息增益或最小化基尼指数来选择最佳特征及其阈值进行分裂[^4]。 - **终止条件**:当满足特定条件(如达到最大深度、节点纯度足够高或样本数不足)时停止分裂。 ##### 实现方法 以下是一个简单的决策树分类实现示例: ```python from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier from sklearn.model_selection import train_test_split # 加载数据集 data = load_iris() X, y = data.data, data.target # 划分训练集测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) # 构建决策树模型 clf = DecisionTreeClassifier(random_state=42) clf.fit(X_train, y_train) # 测试模型性能 accuracy = clf.score(X_test, y_test) print(f"Decision Tree Accuracy: {accuracy:.2f}") ``` --- #### 2. 随机森林分类算法 ##### 定义与基本原理 随机森林是一种基于集成学习的方法,通过组合多个独立的决策树来提升预测性能[^2]。每棵树在构建过程中会引入两个层次的随机性: - **样本扰动**:每次从原始数据集中有放回地抽样生成一个新的子集作为该树的训练数据。 - **特征扰动**:在每个节点分裂时,只考虑部分随机选择的特征而非全部特征[^3]。 最终预测结果通常是对所有单棵树的结果进行投票(分类任务)或平均(回归任务)得出。 ##### 实现方法 下面展示了如何使用 Scikit-Learn 库实现随机森林分类器: ```python from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier # 构建随机森林模型 rf_clf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42) rf_clf.fit(X_train, y_train) # 测试模型性能 rf_accuracy = rf_clf.score(X_test, y_test) print(f"Random Forest Accuracy: {rf_accuracy:.2f}") ``` --- #### 3. 决策树随机森林对比 | 特性 | 决策树 | 随机森林 | |---------------------|---------------------------------|--------------------------------| | **复杂度** | 较低 | 较高 | | **泛化能力** | 易过拟合 | 更强 | | **可解释性** | 高
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