[机器学习]决策树(decision tree)--6.基尼指数

上一篇文章我们介绍了增益率,本文介绍基尼指数(Gini index)。

CART决策树使用基尼指数来选择划分属性。

CART是Classification and Regression Tree的简称,这是一种著名的决策树学习算法,分类和回归任务都可用。

分类树:基尼指数最小准则。

回归树:平方误差最小准则。

数据集D的纯度可用基尼值来度量:Gini(D)=1-\sum_{k=1}^K p_{k}^2

属性a的基尼指数定义为:Giniindex(D,a)=\sum_{v=1}^V \frac{\vert D^v   \vert }{\vert D  \vert } Gini(D^v  )

如何理解上面的公式呢?我们简单举个例子:

样例数据

Gini(D,工资)=\frac{3}{8} *(1-(\frac{3}{3} )^2-(\frac{0}{3} ) ^2  )+\frac{5}{8} *(1-(\frac{3}{5} ) ^ 2 - (\frac{2}{5} ) ^ 2) =  0.3

简单解释下为啥要这样算。

首先工资有两个取值,分别是0和1。当工资=1时,有3个样本。

所以:\frac{\vert D^v   \vert }{\vert D  \vert } = \frac{3}{8}

同时,在这三个样本中,工作都是好。

所以:Gini(D^v )=1-(\frac{3}{3} )^2-(\frac{0}{3} ) ^2

就有了加号左边的式子:\frac{3}{8} *(1-(\frac{3}{3} )^2-(\frac{0}{3} ) ^2  )

同理,当工资=0时,有5个样本,在这五个样本中,工作有3个是不好,2个是好。

就有了加号右边的式子:\frac{5}{8} *(1-(\frac{3}{5} ) ^ 2 - (\frac{2}{5} ) ^ 2)

同理,可得压力的基尼指数如下:

Gini(D,压力)=\frac{3}{8} *(1-(\frac{2}{3} )^2-(\frac{1}{3} ) ^2  )+\frac{5}{8} *(1-(\frac{1}{5} ) ^ 2 - (\frac{4}{5} ) ^ 2) = 0.37

平台的基尼指数如下:

Gini(D,平台 = 0 )=\frac{3}{8} *(1-(\frac{3}{3} )^2-(\frac{0}{3} ) ^2  )+\frac{5}{8} *(1-(\frac{3}{5} ) ^ 2 - (\frac{2}{5} ) ^ 2) =  0.3

Gini(D,平台 = 1 )=\frac{3}{8} *(1-(\frac{2}{3} )^2-(\frac{1 }{3} ) ^2  )+\frac{5}{8} *(1-(\frac{4}{5} ) ^ 2 - (\frac{1}{5} ) ^ 2) =  0.37

Gini(D,平台 = 2 )=\frac{2}{8} *(1-(\frac{1}{2} )^2-(\frac{1}{2} ) ^2  )+\frac{6}{8} *(1-(\frac{4 }{6} ) ^ 2 - (\frac{2}{6} ) ^ 2) =  0.46

注意啦,在计算时,工资和平台的计算方式有明显的不同。因为工资只有两个取值0和1,而平台有三个取值0,1,2。所以在计算时,需要将平台的每一个取值都单独进行计算。比如:当平台=0时,将数据集分为两部分,第一部分是平台=0,第二部分是平台<>0。

根据基尼指数最小准则,我们优先选择工资或者平台=0作为D的第一特征。

我们选择工资作为第一特征,那么当工资=1时,工作=好,无需继续划分。当工资=0时,需要继续划分。

当工资=0时,继续计算基尼指数:

Gini(D_{0} ,压力)=\frac{3}{5} *(1-(\frac{2}{3} )^2-(\frac{1}{3} ) ^2  )+\frac{2}{5} *(1-(\frac{2}{2} ) ^ 2 - (\frac{0}{2} ) ^ 2) = 0.27

Gini(D_{0} ,平台 = 0 )=\frac{2}{5} *(1-(\frac{2}{2} )^2-(\frac{0}{2} ) ^2  )+\frac{3}{5} *(1-(\frac{3}{3} ) ^ 2 - (\frac{0}{3} ) ^ 2) =  0

Gini(D_{0} ,平台 = 1 )=\frac{2}{5} *(1-(\frac{2}{2} )^2-(\frac{0}{2} ) ^2  )+\frac{3}{5} *(1-(\frac{2}{3} ) ^ 2 - (\frac{1}{3} ) ^ 2) =  0.27

Gini(D_{0} ,平台 = 2 )=\frac{1 }{5} *(1-(\frac{1}{1} )^2-(\frac{0}{1} ) ^2  )+\frac{4}{5} *(1-(\frac{2}{4} ) ^ 2 - (\frac{2}{4 } ) ^ 2) =  0.4

当平台=0时,基尼指数=0,可以优先选择。

同时,当平台=0时,工作都是好,无需继续划分,当平台=1,2时,工作都是不好,也无需继续划分。直接把1,2放到树的一个结点就可以。

最后需要注意的是,CART算法构建的决策树是二叉树。至于为什么是二叉树,我们后面会继续介绍。

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