bagging算法(随机森林RF算法)

随机森林RF算法详解与优缺点分析
本文详细介绍了bagging算法,特别是随机森林(RF)算法,包括其原理、步骤和优缺点。随机森林通过并行训练多个决策树,采用随机抽样和特征选择来降低模型的方差,增强泛化能力。该算法适用于处理高维数据,能评估特征重要性,并对部分特征缺失不敏感。然而,过多的特征划分可能影响模型效果,且在某些噪声大的数据集上可能过拟合。

bagging算法(随机森林RF算法简介)

bagging算法特点是各个弱学习器之间没有依赖关系,可以并行拟合。加快计算速度。那么,bagging算法其实是一种工程思维,真正把这个思维转换成可以应用于工程计算的就是随机森林算法
bagging.jpg

通过上图我们知道,bagging是每个弱学习器之间的并行计算最后综合预测,但是,有一个问题需要我们注意,在训练集到子训练器的过程叫做“子抽样”。

这个子抽样是一个“随机有放回采样”,随机有放回采样(bootsrap)是从训练集里面采集固定个数的样本,每采集一个样本后,都将样本放回。之前采集到的样本在放回后有可能继续被采集到。

对于Bagging算法来讲,一般都会随机采集和训练集样本数m一样个数的样本。这样得到的采样集和训练集样本的个数相同,但是样本内容并不一定相同。以下说明为什么不一定相同:
如果对有m个样本训练集做T次的随机采样,则由于随机性,T个采样集各不相同。
一个样本,它在某一次含m个样本的训练集的随机采样中,每次被采集到的概率是1/m。不被采集到的概率为1 − 1/m。如果m次采样都没有被采集中的概率是

当m→∞时

所以在bagging的每轮随机采样中,训练集中大约有37%的数据没有被采样集采集中。

因为样本被不断采样,然后不断的被放回,这样增加了样本的扰动能力,就是增加了泛化能力 bagging的集合策略也比较简单,对于分类问题,通常使用简单

随机森林和XGBoost都属于集成学习方法,集成学习通过结合多个模型的预测结果来提高模型的准确性和稳健性[^1][^3]。 随机森林是基于Bagging思想实现的集成学习算法,采用决策树作为弱学习器(基学习器)。其理论依据在于通过“并行生长 + 随机扰动”降低方差。在训练时,它有放回地产生训练样本,并且随机挑选少于总特征数量的n个特征。预测时,采用平权投票、多数表决的方式输出预测结果。这种随机化的方式使得各个决策树之间具有一定的独立性,通过组合多个决策树的结果,能够减少单个决策树可能产生的过拟合问题,从而提高整体模型的泛化能力[^2][^5]。 XGBoost则属于Boosting流派,通过“串行优化 + 误差修正”减少偏差。它是一种极端梯度提升算法,其理论依据是在每一轮训练新的弱学习器时,会聚焦于前一轮模型预测产生的误差,通过不断地拟合这些误差来逐步提升模型的性能。同时,XGBoost使用梯度信息优化分裂增益,并且引入正则化项(如lambda、gamma),在优化模型的同时控制过拟合,使得模型在处理复杂数据和任务时能够有更好的表现和泛化能力。二阶优化的特性也让它在优化过程中能够更精确地逼近最优解,适合结构化数据的高精度预测[^2][^4]。 ```python # 以下是使用Python和Scikit-learn库实现随机森林和XGBoost的简单示例代码 from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier import xgboost as xgb from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split # 加载数据集 iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # 随机森林模型 rf_model = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42) rf_model.fit(X_train, y_train) rf_score = rf_model.score(X_test, y_test) print(f"随机森林模型准确率: {rf_score}") # XGBoost模型 xgb_model = xgb.XGBClassifier(n_estimators=100, random_state=42) xgb_model.fit(X_train, y_train) xgb_score = xgb_model.score(X_test, y_test) print(f"XGBoost模型准确率: {xgb_score}") ```
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