机器学习-决策树

笔者也是初学,看过别人的博客若干和视频,初步记录下决策树的核心思想以便日后复习,暂时不涉及具体例子。很多细节地方后续再详细说明...

核心内容:根节点如何选择 与 判断根节点的3个公式。

(也就是说我决策时候根据哪个属性做判断,3个公式告诉了你如何选出做判断的那个属性,文章重点就是这个,over)

一.分类器:给定一个数据集(训练集Training Set+测试集Test Set)

1.每个记录包含一些属性Attribute,其中一个属性称之为类class(如下面举的例子:标题,关键字,发件人信息都是属性,判断是不是  垃圾邮件 就是一个类,它也是一个属性)

2.找到一个从多个属性推导出类的函数,称之为模式model

目的:该模式可以用于尽量准确地预测其他数据。

举例:根据邮件标题、正文关键字、发件人等信息推测是否为垃圾邮件。(注:标题,关键字,发件人信息就是3个不同的属性)

3.分类器的一些技术:

决策树,基于策略的分类,人工神经网络,贝叶斯分类与贝叶斯网络,支持向量机

二.决策树

                                                                  (1)

表格第一行的属性:退货,结婚状况,收入情况     用这3个属性来推断 有无欺诈行为

这4个都是属性,欺诈行为算是上边提到的类class。(注:id这个属性是用于编号,对实际决策没用实际意义,忽略)

左边是表格,右边就是决策树的模型:根节点是退货,根据表格退货属性下面有3个yes的数据,每条数据后面的欺诈行为都是no,也就是退货的顾客都是没有欺诈行为的。那么没退货的再根据婚姻状况来判断是否有欺诈行为。可以从表格中的数据看到,没退货但是婚姻状况为已婚的没有欺诈行为。单身和离婚的再根据税后收入判断,少于80k的无欺诈,大于80k的有欺诈行为。(补充:分不下去同一类了)

图一就是一个训练好的模型,可以拿一组新的数据放入这个树模型判断顾客是否有欺诈行为


                                                                           (2)

同样左边表格数据不变,但是根节点的属性变了,以是否为结婚这个属性来作为根节点先来判断。

那么问题来了,如何判断哪个属性为根节点呢?

先来看推导决策树的算法:

Hunt(最早),CART,ID3,C4.5等等,不用纠结他们的名字,原理都一样!


                                                                         (3)


图3注意第二句中的 类值相同,例如之前根据  退货 属性,如果退货yes,欺诈行为都是no,这就符合图3的第二句。如果退货no,这些数据的类属性结果既有yes又有no,就要重新找属性来判断。

所以,决策树算法都是基于局部及节点来判断,如何局部最优,之前图1和2都形成了决策树,哪个更好呢。所以要引入信息熵的概念:

(1)信息熵

信息是个很抽象的概念。人们常常说信息很多,或者信息较少,但却很难说清楚信息到底有多少。比如一本五十万字的中文书到底有多少信息量。

直到1948年,香农提出了“信息熵”的概念,才解决了对信息的量化度量问题。香农从热力学中借用过来的。热力学中的热熵是表示分子状态混乱程度的物理量。香农用信息熵的概念来描述信源的不确定度。

假如事件A的全概率划分是(A1,A2,...,An),每部分发生的概率是(p1,p2,...,pn),那信息熵定义为:

log通常以2为底数,所以信息熵的单位是bit。以上2个公式是一样的。

举个简单的例子就是:

1)假如川普的选举获胜概率是0.5,希拉里也是0.5,那么带入熵的定义计算

info=-((1/2)log(1/2)+(1/2)log(1/2))=1。

2)假如川普的选举获胜概率是0.99,希拉里也是001,那么带入熵的定义计算

info-(0.99*log(0.99)+0.01*log(0.01))=0.067,比1要远小。

什么意思呢,例子1就是给你的获胜数据概率都是0.5,你根本判断不了到底谁选举成功可能性会大。

例子2很明显我们就知道川普获胜大。也就是信息熵越大,越不好判断接下来的结果,那么我们就可以计算属性的信息熵,熵值小的属性就好拿去当结点。但是这里多了一个步骤。

Info(D)是一开始所有数据(总系统)的信息熵,减去每个属性(子系统)信息熵,结果为增益。info(D)是定值,每个属性的信息熵越小,增益就越大。该属性就适合做结点去做决策。

用信息熵算就是ID3

(2)信息增益率

正是基于此,ID3后面的C4.5采用了信息增益率这样一个概念。信息增益率使用“分裂信息”值将信息增益规范化。分类信息类似于Info(D),定义如下:

这个值表示通过将训练数据集D划分成对应于属性A测试的v个输出的v个划分产生的信息。信息增益率定义:

选择具有最大增益率的属性作为分裂属性。

用增益率算就是C4.5

(3)Gini指标

Gini指标在CART中使用。Gini指标度量数据划分或训练元组集D的不纯度,定义为:

基尼指标算就是CART

先写到这里......后续再改进和添加代码

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