决策树算法详解

机器学习领域,寻找最适合给定数据集的高效算法是开发优秀模型的关键。决策树算法就是这样一种适用于分类和回归问题的算法。它模拟人类的决策过程,因此易于理解。决策树的逻辑结构类似于流程图,使得信息的可视化和提取变得简单。

决策树学习目标

本文旨在介绍决策树分类算法、如何从头构建决策树、相关术语、随机森林与决策树的区别以及决策树的Python代码实现。

决策树简介

决策树是一种监督学习算法,用于分类和回归任务。它由节点组成,分支依赖于多个因素,直到达到阈值。决策树包括根节点、子节点和叶节点。

决策树元素

每个决策树由以下元素组成:

  • 节点:树根据数据集的某个属性/特征的值进行分割的点。
  • 边:指导分割结果到下一个节点。
  • 根:第一个分割发生的节点。
  • 叶:预测决策树结果的终端节点。

从头构建决策树

构建决策树时,关键是从数据集的特征列表中选择最佳属性作为根节点和子节点。这一选择通过属性选择度量(ASM)技术实现。ASM帮助为决策树的相应节点选择最佳特征。ASM有两种技术:

  • 信息增益:衡量数据集通过属性分割后熵的变化,指示特征提供的信息量。基于此度量,节点在构建决策树时被分割。决策树旨在最大化信息增益,优先选择值最高的节点。
  • 基尼指数:在CART(分类和回归树)算法中用于创建决策树的不纯度/纯度度量。应优先选择具有低基尼指数值的属性。

决策树算法工作原理

任何决策树算法的基本思想如下:

  1. 使用属性选择度量(ASM)选择最佳特征来分割记录。
  2. 将该属性/特征作为决策节点,并将数据集分割成更小的子集。
  3. 通过为每个子节点重复此过程递归地构建树,直到满足以下条件之一:所有元组属于同一属性值;没有更多的属性剩余;没有更多的实例剩余。

决策树与随机森林

随机森林和决策树都是机器学习中使用的树方法。决策树通过逐一处理数据集中的每个特征来做出预测。而随机森林则是一组决策树的集合,它们一起训练,使用数据集中特征的随机顺序。

决策树的优点

决策树的缺点

Python代码实现

import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns raw_data = pd.read_csv('kyphosis.csv') print(raw_data.columns) raw_data.info() sns.pairplot(raw_data, hue = 'Kyphosis') from sklearn.model_selection import train_test_split x = raw_data.drop('Kyphosis', axis = 1) y = raw_data['Kyphosis'] x_training_data, x_test_data, y_training_data, y_test_data = train_test_split(x, y, test_size = 0.3) from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier model = DecisionTreeClassifier() model.fit(x_training_data, y_training_data) predictions = model.predict(x_test_data) from sklearn.metrics import classification_report from sklearn.metrics import confusion_matrix print(classification_report(y_test_data, predictions)) print(confusion_matrix(y_test_data, predictions))
Q1. 什么是Python决策树分类器?
A. Python决策树分类器是一种用于分类任务的机器学习模型。它根据特征对数据进行分割,以做出决策和预测结果。
Q2. 如何在Python中安装决策树分类器?
A. 使用“pip install scikit-learn”安装scikit-learn库,以在Python中使用决策树分类器。
Q3. 如何使用Python中的决策树进行数据分类?
A. Python中的决策树通过递归地根据特征分割数据,形成树结构以高效分类。
Q4. 如何实现决策树分类器?
A. 使用scikit-learn的DecisionTreeClassifier实现Python中的决策树分类器,指定参数并将模型拟合到训练数据。
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