Python AI教程之十七:监督学习之决策数据(8)修剪决策树和实例

修剪决策树

决策树修剪是机器学习中的一项关键技术,用于通过减少过度拟合和提高对新数据的泛化来优化决策树模型。在本指南中,我们将探讨决策树修剪的重要性、其类型、实现及其在机器学习模型优化中的意义。

什么是决策树修剪?

决策树修剪是一种用于防止决策树过度拟合训练数据的技术。修剪旨在通过删除决策树中不能提供显著预测能力的部分来简化决策树,从而提高其推广到新数据的能力。

决策树修剪从过度拟合的决策树中删除不需要的节点,使其尺寸更小,从而实现更快、更准确、更有效的预测。

决策树修剪的类型

决策树修剪主要有两种类型:预修剪后修剪

预剪枝(提前停止)

有时,决策树的增长可以在变得过于复杂之前停止,这称为预剪枝。 重要的是防止训练数据的过度拟合,这会导致在接触新数据时性能不佳。

一些常见的预修剪技术包括:

  • 最大深度:它限制决策树的最大深度。
  • 每片叶子的最小样本数:设置每个叶节点的样本数的最小阈值。
  • 每次分割的最小样本数:指定分割节点所需的最小样本数。
  • 最大特征:限制考虑分割的特征数量。

通过早期修剪,我们可以得到一棵更简单的树,它不太可能过度拟合训练事实。

### 使用决策树进行病人用药判断的方法 #### 方法概述 决策树是一种监督学习算法,适用于分类回归任务。在医疗领域,决策树可用于基于多种因素预测最合适的治疗方案或药物选择。该方法通过一系列条件测试逐步缩小可能的选择范围,最终到达叶子节点得出结论。 #### 构建过程 1. **数据收集** 收集大量已知结果的历史病例作为训练样本,这些样本应包含各种特征变量(如年龄、性别、症状严重程度等)以及对应的标签(即实际使用的药品种类)。对于2型糖尿病患者而言,这包括但不限于血糖水平、体质其他病史信息[^2]。 2. **属性选择** 利用信息增益或其他标准挑选最优分裂属性。例如,在处理糖尿病案例时可能会优先考虑那些对疾病影响较大的指标,像HbA1c百分比变化或是体重指数BMI这样的参数往往具有较高的区分度。 3. **递归划分** 对于每一个内部节点,按照选定的最佳分割点将当前子集中实例分配给不同的分支;重复此操作直到满足停止准则——比如达到最大深度限制或者所有剩余成员都属于同一类别为止。 4. **剪枝优化** 为了避免过拟合现象发生,可以通过成本复杂度修剪等方式简化模型结构,移除掉一些不必要的末端分叉部分,从而增强泛化能力并提高预测准确性。 #### 实际应用示例 假设存在一个用于指导医生开具针对特定类型慢性疾病的中医方剂的AI系统。当接收到一位新就诊者的资料后: - 接着调用预先训练好的决策树模型来进行推理运算,期间会依据各个中间层所设定的不同阈值依次做出判定; - 如果某位中年男性被确诊患有2型糖尿病,则程序将会沿着相应路径前进直至抵达终端叶结点处获得具体建议:采用含有黄芪、山药、丹参成分在内的草本组合疗法,并适当调整其他辅助措施以期取得良好疗效。 ```python from sklearn import tree # 假设X代表输入特征矩阵,y表示目标向量(0/1二元分类) clf = tree.DecisionTreeClassifier() model = clf.fit(X, y) def predict_medicine(patient_data): prediction = model.predict([patient_data]) return "Prescribe Traditional Chinese Medicine" if prediction == 1 else "Continue Western Medication" ```
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