隨機森林演算法 從零實現機器學習演算法(十八)隨機森林

2021-10-12 09:43:24 字數 2057 閱讀 1066

前面我們知道決策樹演算法通過從決策樹根節點開始,對待檢測樣本的某乙個特徵進行測試,根據測試結果轉向左子樹或者右子樹,如此遞迴達到停止條件,葉節點所表示的類別,就是決策樹對該樣本的**結果。有的時候單一的決策樹並不能夠起到較好的效果,因此需要建立多棵決策樹來提公升模型效果。但是如果對於每一棵樹都使用全部的樣本進行訓練,那麼最終得到的樹都是一模一樣的。因此引入boostrap方法來生成每棵樹的訓練樣本,boostrap是一種隨機又放回的抽樣,這也是隨機森林中「隨機」的由來。至於森林,生成的多棵決策樹通過一定的規則組合起來就形成了最終的模型。

boostrap方法

boostrap方法是efron在20世紀70年代後期建立的一種抽樣方法,其抽樣方法為:假設已有乙個容量為

非引數boostrap方法一開始是用於對總體

def boostrap(self, train_data, train_label):

index = np.random.randint(0, len(train_data), (len(train_data)))

x = train_data[index]

y = train_label[index]

clf = decisiontreeclassifier(t=self.alpha)

clf.train(x, y)

return clf

袋外誤差根據boostrap方進行抽樣,最後大約有1/3的資料是沒有被抽取到的,即

因此對於隨機森林來說不需要對它進行交叉驗證,只需要計算器袋外誤差就可以評估隨機森林的效能。

決策樹

在隨機森林訓練過程中,每次迭代生成一棵決策樹,決策樹的訓練樣本為使用boostrap獲取的資料,決策樹前面已經講過了,可以參考從零實現機器學習演算法(二)決策樹。

回歸與分類規則

隨機森林的回歸規則是取所有樹回歸值的均值作為最終的回歸結果,這並不難理解。

def predict(self, test_data):

labels = np.zeros([len(test_data), self.tree_num])

for i in range(self.tree_num):

labels[:,i] = self.trees[i].predict(test_data)

prediction = np.mean(labels, axis=0)

self.prediction = prediction

return prediction

隨機森林分類的規則是採用投票機制,即少數服從多數的原則選取所有樹中類別最多的那一類作為最終的分類結果。

def vote(self, labels):

label_count = {}

# get the counts of each label

for c in labels:

label_count[c] = label_count.get(c, 0) + 1

# get the labels of the majority

predition = sorted(label_count.items(), key=op.itemgetter(1), reverse=true)

pred = predition[0][0]

return pred

隨機森林演算法能夠很好的應用於大規模資料和特徵維度較高的資料,但是隨機森林已經被證明在某些噪音較大的分類或回歸問題上會過擬合。最後貼一下本文實現的隨機森林與單個決策樹檢測效能的比較,這裡採用了三棵樹,結果如下圖所示

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《機器學習演算法 6 隨機森林》

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