树算法

信息增益的计算方法

https://blog.csdn.net/it_beecoder/article/details/79554388

决策树--信息增益,信息增益比,Geni指数的理解

https://www.cnblogs.com/muzixi/p/6566803.html



熵可以表示样本集合的不确定性,熵越大,样本的不确定性就越大。

(1)ID3算法---信息增益

做法:计算使用所有特征划分数据集D,得到多个特征划分数据集D的信息增益,从这些信息增益中选择最大的,因而当前结点的划分特征便是使信息增益最大的划分所使用的特征。

缺点:信息增益偏向取值较多的特征

原因:当特征的取值较多时,根据此特征划分更容易得到纯度更高的子集(极端:每个特征值只有1个),因此划分之后的熵更低,由于划分前的熵是一定的,因此信息增益更大,因此信息增益比较 偏向取值较多的特征。

(2)C4.5算法--信息增益比

信息增益比 = 惩罚参数 * 信息增益

惩罚参数:数据集D以特征A作为随机变量的熵的倒数

缺点:信息增益比偏向取值较少的特征

原因:当特征取值较少时HA(D)的值较小,因此其倒数较大,因而信息增益比较大。因而偏向取值较少的特征。

使用信息增益比:基于以上缺点,并不是直接选择信息增益率最大的特征,而是现在候选特征中找出信息增益高于平均水平的特征,然后在这些特征中再选择信息增益率最高的特征。

(3)CART树--基尼指数

https://www.jianshu.com/p/b90a9ce05b28

https://www.cnblogs.com/yonghao/p/5135386.html

表示在样本集合中一个随机选中的样本被分错的概率。

Gini指数越小表示集合中被选中的样本被分错的概率越小,也就是说集合的纯度越高,反之,集合越不纯。



Xgboost

全名:eXtreme Gradient Boosting

https://www.cnblogs.com/zongfa/p/9324684.html

XGBoost是以分类回归树(CART树)进行组合

模型预测:\tilde{y_i}=\sum_{k=1}^K f_k(x_i)

损失函数:Obj(\theta )=\sum_{i=1}^n l(y_i,\tilde{y_i})+\sum\nolimits_{k=1}^K \Omega(f_k)

其中\Omega(f_k) 表示第k颗树的正则项;K代表树的总个数。

每次往模型中加入一棵树,其损失函数便会发生变化。另外在加入第t棵树时,则前面第t-1棵树已经训练完成,此时前面t-1棵树的正则项和训练误差都成已知常数项。

Obj(\theta )=\sum_{i=1}^n l(y_i,\tilde{y_i}^{(t-1)}+f_t(x_i))+\Omega(f_t) +C=\sum_{i=1}^n l(y_i,\tilde{y_i}^{(t-1)}+f_t(x_i))+\Omega(f_t) +C

如果损失函数采用均方差时,其目标损失函数变为:

Obj(\theta )=\sum_{i=1}^n (y_i-(\tilde{y_i}^{(t-1)}+f_t(x_i)))^2+\Omega(f_t)+C \\=\sum_{i=1}^n [2(\tilde{y}^{(t-1)}-y_i)f_t(x_i)+f_t{(x_i)}^2]+\Omega(f_t)+C_1

对于其中每一棵回归树,其模型可以写成:f_t(x)=w_{q(x)},w\in R^T

其中w为叶子节点的得分值,q(x)表示样本x对应的叶子节点,T为该树的叶子节点个数。

树的复杂度\Omega (f_t)=\gamma T+\frac{1}{2} \lambda \sum_{j=1}^T w_j^2

泰勒展开式:f(x+\Delta x)\approx f(x)+f^‘(x)\Delta x+\frac{1}{2}f^{‘‘} (x)\Delta x ^2

Obj(\theta )\approx \sum_{i=1}^n [l(y_i,\tilde{y}^{(t-1)} )+\partial _{\tilde{y}^{(t-1)}}l(y_i,\tilde{y}^{(t-1)} )f_t(x_i)+\frac{1}{2} \partial _{\tilde{y}^{(t-1)}}^2l(y_i,\tilde{y}^{(t-1)} )f_t(x_i)^2]+\gamma T+\frac{1}{2}\lambda  \sum_{j=1}^T w_j^2

令:g_i=\partial _{\tilde{y}^{(t-1)}}l(y_i,\tilde{y}^{(t-1)} )h_i=\partial _{\tilde{y}^{(t-1)}}^2l(y_i,\tilde{y}^{(t-1)} )

去除常数项,得

Obj(\theta )\approx \sum_{i=1}^n [g_if_t(x_i)+\frac{1}{2} h_i f_t(x_i)^2]+\gamma T+\frac{1}{2}\lambda  \sum_{j=1}^T w_j^2 \\ =\sum_{i=1}^n [g_i w_{q(x_i)}+\frac{1}{2} h_i w_{q(x_i)}^2]+\gamma T+\frac{1}{2}\lambda  \sum_{j=1}^T w_j^2 \\ =\sum_{j=1}^T [(\sum_{i\in I_j} g_i)w_j+(\frac{1}{2}\sum_{i\in I_j}h_i )w_j^2]+\gamma T+\frac{1}{2}\lambda  \sum_{j=1}^T w_j^2 \\=\sum_{j=1}^T [(\sum_{i\in I_j} g_i)w_j+(\frac{1}{2}(\sum_{i\in I_j}h_i+\lambda ) )w_j^2]+\gamma T

令:G_j=\sum_{i\in I_j}g_iH_j=\sum_{i\in I_j} h_i

Obj(\theta )=\sum_{j=1}^T [G_jw_j+\frac{1}{2}(H_i+\lambda )w_j^2 ]+\gamma T

对wj求偏导,令导函数=0,则:w_j^*=-\frac{G_j}{H_j+\lambda }

其目标函数为:Obj^*=-\frac{1}{2} \sum_{j=1}^T \frac{G_j^2}{H_j+\lambda } +\gamma T

根据目标函数分裂样本数据

Obj代表了当我们指定一个树的结构的时候,我们在目标上面最多减少多少。叫做结构分数(structure score)。这个代替gini系数,更加一般地对树结构进行打分的函数。

Gain=\frac{1}{2} [\frac{G_L^2}{H_L+\lambda } +\frac{G_R^2}{H_R+\lambda}-\frac{(G_L+G_R)^2}{H_L+H_R+\lambda }]-\gamma


xgboost&gbdt区别

https://blog.csdn.net/wolf963/article/details/78508858

1)增加处理缺失值的方案(通过枚举所有缺失值在当前节点是进入左子树,还是进入右子树更优来决定一个处理缺失值默认的方向)

2)实现了利用分捅/分位数方法,实现了全局和局部的近似分裂点算法,降低了计算量,并且在eps参数设置合理的情况下,能达到穷举法几乎一样的性能

3)xgboost损失函数是误差部分是二阶泰勒展开,GBDT 是一阶泰勒展开。因此损失函数近似的更精准。

4)XGB加了正则项,普通GBDT没有。为了防止过拟合








完毕。

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