C2-4.3.1 多个决策树——随机森林

参考链接

1、为什么要使用多个决策树——随机森林？

• 决策树的缺点：

A small change in the data can cause a large change in the structure of the decision tree causing instability

即：对数据集 中微小的变化敏感，往往一棵树的结果不是那么理想—— 通过多个决策树的组合，让它对数据变化没那么敏感，得到更加准确的结果

• 举一个例子：

在下图中，我们仅仅改变了一个训练示例，但是由于这个训练示例的改变，造成了 要拆分的 最高 ‘信息增益’——变成了胡子（原来是耳朵的形状）

所以就变成了右侧的决策树，使得左右两侧变成了完全不同的决策树。——训练一堆不同的决策树往往会得到更好的结果——引出 “随机森林”

• 多个决策树工作原理：
  • 第一个树通过预测——结果是 猫
  • 第二个树通过预测——结果不是 猫
  • 第三个树通过预测——结果是 猫

最终结果预测：取最多的结果——是猫

随机森林是基于树的机器学习算法，该算法利用了多棵决策树的力量来进行决策。顾名思义，它是由一片树木组成的“森林”！

但是为什么要称其为“随机森林”呢？这是因为它是随机创造的决策树组成的森林。决策树中的每一个节点是特征的一个随机子集，用于计算输出。随机森林将单个决策树的输出整合起来生成最后的输出结果。

简单来说：

“随机森林算法用多棵（随机生成的）决策树来生成最后的输出结果。”

2、随机森林

• 随机森林是由很多决策树组成的，不同决策树之间不存在相关性。

• 当我们执行分类任务时，新的输入样本进入，对森林中的每一棵决策树分别进行判断和分类。每棵决策树都会得到自己的分类结果，而决策树哪个分类结果最多，那么随机森林就会用这个结果作为最终结果。

2.1构建随机森林的 4 个步骤

Ste1：有放回的随机抽样

• 将样本量为N的样本进行N次放回抽取，每次抽取一个样本，最终形成N个样本。将选取的N个样本作为决策树根节点的样本来训练一棵决策树。决策树。

• 如下：是有放回的随机抽样的结果

通过 不同的随机抽样的结果，将选取的N个样本作为决策树根节点的样本来训练一棵决策树。决策树。

不同的随机抽样的 训练集，得到了不同的决策树。

Step2：随机选取属性，作为分裂节点。

• 当每个样本有M（比如100个）个属性时，当决策树的每个节点需要分裂时，从这M个属性中随机选择m（10个）个属性，并满足条件m << M。然后从这些中使用一定的策略（如信息增益） m 个属性，选择 1 个属性作为节点的分裂属性。

• m 的选择通常如下，就是图中的k :

Step3 ：重复步骤2

• 在决策树形成过程中，每个节点都要按照步骤2进行分裂（很容易理解，如果该节点选择的下一个属性是其父节点刚刚分裂时使用的属性，则该节点已经达到叶子节点，无需继续分裂）。直到不能再分开为止。请注意，在整个决策树的形成过程中没有进行任何修剪。

Step4 ： 构建随机森林

• 根据步骤1~3，创建大量决策树，构成随机森林。

3、随机森林的4个应用方向——（前提：结构化数据）

随机森连——适用于“结构化数据”

随机森林可以用在很多地方：

1. 离散值的分类
2. 连续值的回归
3. 无监督学习聚类
4. 异常点检测

4、※ XGBoot 增强随机森林

• 用的特别多，尤其是在Kaggle比赛等或者实际项目中
• 和 随机森林相比：不同的地方是，随机森林每次都是有放回的抽取（概率是 1/m）， 但是 XGBoot 不同，从第二次开始进行针对性的训练。先选取前一轮有错误的数据，再加上随机抽取的数据进行训练。更好的解决问题。