白話機器學習演算法(十九)CART演算法

2021-06-28 17:44:43 字數 1560 閱讀 7818

cart (classification and regression tree)分類與回歸樹演算法

前面說的決策樹就是分類樹,分類樹是一種對空間的劃分方法,將輸入空間(特徵空間)按照屬性的取值範圍劃分為若干個不相交的區域;

這裡的cart是一種二叉樹

還是三個步驟

1)屬性選擇

2)生成樹(劃分)

3)剪枝

先概述下:

這裡的三個步驟與前面說的兩種分類樹不同,對於第一點,id3與c4.5並沒有強調將每個屬性的範圍劃分為兩類,每個屬性有幾個離散的取值範圍,那麼就有幾個子節點,在cart中,執行的是遞迴的兩類劃分策略,當屬性的取值範圍超過兩類的時候,以其中的乙個取值作為中點,大於小於該值的各分一類,對於離散無法比較大小的取值,採取是否的策略;

因而在cart中可以很方便的處理屬性為連續取值的情況,但是相比於id3其除了需要解決選取哪個屬性作為決策節點的問題,還要解決在給定屬性的情況下,選取該屬性的哪個值作為劃分中點;

同時在id3與c4.5中樹的一層是乙個屬性,但是在cart中每次向下生長都會尋找所有屬性與取值中的最佳切分點,所以可能出現不同層次都是同乙個屬性的劃分;雖然cart是二分的方法,但是其不同層次的劃分屬性可以相同,具體取哪個屬性取決於需要劃分的集合;

在剪枝方面:

cart採取的是交叉驗證的方式,其使用驗證資料來剪枝,使得樹在正確率與複雜度方面有所權衡;

基尼指數:

基尼指數是個類似熵的東西,公式如下:

這是乙個可以度量集合中純度的公式,比如集合中集合中有三類,每類的概率分別為0.4,0.2,0.4

則gini(p)=1-(0.16+0.04+0.16)=0.64;gini指數在0-1之間;

當集合為的時候,該集合的gini指數為0,純度最大;即基尼指數越小,純度越高;愈大不確定性越大,跟熵類似;

當gini(d,a)越**明,該劃分使得劃分以後純度公升高,即有效的將不同種類從乙個集合中劃分開;在cart中就要尋找這樣的a(屬性)以及對應的劃分中心值;

我們依照gini(d,a)不斷的將樣本集合進行遞迴的劃分,直到集合中樣本小於某個值,或是gini(d,a)小於某個閾值;

對於每個屬性,我們通過gini(d,a)求出相應的屬性劃分值,遞迴的生成子樹;

以上說的是關於分類樹,下面說說回歸樹

回歸是輸入x,給出f(x);

但是在cart中我們不做任何假設,我們只是將輸入空間進行遞迴的劃分,使得劃分以後兩個輸出空間各自的方差之和最小;通過這樣的目標函式,我們決定以哪個屬性,以及在哪個取值處進行劃分;劃分以後的空間輸出值,即當有乙個新的輸入變數落入這個空間時,我們取這個空間的平均輸出作為新落入變數的**值;

所以本質上,回歸樹也是對輸入空間的劃分;如果當兩個輸入相近,但是輸出卻相距很遠,決策樹會自動的再次將兩個輸入分在兩個空間中;

推薦一篇部落格,講cart很好;

cart的剪枝是很複雜的過程,未完待續

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