提升树算法

提升方法采用加法模型(基函数的线性组合)和前向分步算法。

基本分类器x<v或者x>v,是由一个根结点直接连接两个叶结点的简单决策树,即决策树桩。提升树是以二叉分类树或二叉回归树为基本分类器的提升方法。

提升树模型可以表示为f_{M}(x)=\sum_{m=1}^M T(x;\theta _{m}),其中T(x;\theta _{m})表示决策树,\theta _{m}为决策树的参数,M为树的个数。

分类问题

使用指数损失函数和AdaBoost算法。

步骤(1)训练数据集具有均匀的权值分布,G_{1}(x)是在原始数据上学习的。

步骤(2)使用D_{m}加权的训练集学习G_{m}(x),该分类器由x<vx>v产生,其阈值v使该分类器的分类误差率最低。

分类误差率e_{m}是被G_{m}(x)误分类样本的权值之和。G_{m}(x)在最终分类器中的重要性\alpha _{m}随着e_{m}的减小而增大。

更新训练数据的权重分布,可以写成:

w_{m+1,i}=\left\{               \begin{array}{**lr**}             \frac{w_{mi}}{Z_{m}}e^{-\alpha _{m}} , G_{m}(x_{i})=y_{i} &  \\                     \frac{w_{mi}}{Z_{m}}e^{\alpha _{m}} , G_{m}(x_{i})\neq y_{i}  &                 \end{array}  \right.

因此误分类样本的权值扩大,正确分类样本的权值缩小。两者比较,误分类样本的权值扩大e^{2\alpha m}=\frac{1-e_{m}}{e_{m}} 倍,下一轮学习中起更大的作用,不断减少训练集上的分类误差率。

步骤(3)线性组合f(x)实现M个基本分类器的加权表决。所有\alpha _{m}之和不为1。

例 8.1

假设弱分类器由x<vx>v产生,其阈值v使该分类器的分类误差率最低。


回归问题

使用平方误差损失函数 L(y,f(x))=(y-f(x))^2

其损失变为L(y,f_{m-1}(x)+T(x;\theta _{m}))=[y-f_{m-1}(x)-T(x;\theta _{m})]^2=[r-T(x;\theta _{m})]^2

其中,r=y-f_{m-1}(x)是当前模型拟合数据的残差(residual)

对于回归问题的提升树算法,就是拟合当前模型的残差。

每一个基分类器是决策树桩,即由一个根结点直接连接两个叶结点的简单决策树,是欠拟合模型。

梯度提升

boosting算法中拟合残差是常用的方式(AdaBoost已经不常使用)





参考:《统计学习方法》

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