1、scikit-learn中的决策树

决策树是一个非参数的监督式学习方法,主要用于分类和回归。决策树算法的目标是通过推断数据特征,学习决策规则从而创建一个预测目标变量的模型。scikit-learn中决策树的类都在sklearn.tree这个模块之下,这个模块总共包含五个类:

sklearn.tree.png

2、scikit-learn的安装

scikit-learn是一个用于机器学习的Python开源库,它依赖于NumPy,SciPy和Matplotlib这三个库,所以安装scikit-learn之前,需要先安装这几个包。而SciPy又依赖于NumPy+MKL(MKL即Intel的math kernel lib),所以scikit-learn整个安装顺序就是:先装NumPy,然后装SciPy,接着安装Matplotlib,最后安装scikit-learn。

3、scikit-learn覆盖的问题领域

scikit-learn,又写作sklearn,是一个开源的基于python语言的机器学习工具包。它通过NumPy, SciPy和Matplotlib等Python数值计算的库实现高效的算法应用,并且涵盖了几乎所有主流机器学习算法。scikit-learn覆盖的问题领域:

分类(classification)
回归(regression)
聚类(clustering)
降维(dimensionnality reduction)
模型选择(model selection)
预处理(preprocessing)

4、scikit-learn决策树算法类库介绍

scikit-learn决策树算法类库内部实现是使用了调优过的CART树算法,既可以做分类,又可以做回归。分类决策树的类对应的是DecisionTreeClassifier,而回归决策树的类对应的是DecisionTreeRegressor。两者的参数定义几乎完全相同,但是意义不全相同。下面就对DecisionTreeClassifier和DecisionTreeRegressor的重要参数做一个总结,重点比较两者参数使用的不同点和调参的注意点。

5、DecisionTreeClassifier和DecisionTreeClassifier 重要参数调参注意事项

5.1 特征选择标准criterion

DecisionTreeClassifier:可以使用"gini"或者"entropy",前者代表基尼系数,后者代表信息增益。一般说使用默认的基尼系数"gini"就可以了,即CART算法。除非你更喜欢类似ID3, C4.5的最优特征选择方法。

DecisionTreeRegressor:可以使用"mse"或者"mae",前者是均方差,后者是和均值之差的绝对值之和。推荐使用默认的"mse"。一般来说"mse"比"mae"更加精确。除非你想比较二个参数的效果的不同之处。

5.2 特征划分点选择标准splitter

可以使用"best"或者"random"。前者在特征的所有划分点中找出最优的划分点。后者是随机的在部分划分点中找局部最优的划分点。

默认的"best"适合样本量不大的时候,而如果样本数据量非常大,此时决策树构建推荐"random"

5.3 划分时考虑的最大特征数max_features

可以使用很多种类型的值,默认是"None",意味着划分时考虑所有的特征数;如果是"log2"意味着划分时最多考虑log2N个特征;如果是"sqrt"或者"auto"意味着划分时最多考虑sqrt(N)个特征。如果是整数,代表考虑的特征绝对数。如果是浮点数,代表考虑特征百分比,即考虑(百分比xN)取整后的特征数。其中N为样本总特征数。

一般来说,如果样本特征数不多,比如小于50,我们用默认的"None"就可以了,如果特征数非常多,我们可以灵活使用刚才描述的其他取值来控制划分时考虑的最大特征数,以控制决策树的生成时间。

5.4 决策树最大深max_depth

决策树的最大深度,默认可以不输入,如果不输入的话,决策树在建立子树的时候不会限制子树的深度。一般来说,数据少或者特征少的时候可以不管这个值。如果模型样本量多,特征也多的情况下,推荐限制这个最大深度,具体的取值取决于数据的分布。常用的可以取值10-100之间。

5.5 内部节点再划分所需最小样本数min_samples_split

这个值限制了子树继续划分的条件,如果某节点的样本数少于min_samples_split,则不会继续再尝试选择最优特征来进行划分。 默认是2.如果样本量不大,不需要管这个值。如果样本量数量级非常大,则推荐增大这个值。我之前的一个项目例子,有大概10万样本,建立决策树时,我选择了min_samples_split=10。可以作为参考。

5.6 叶子节点最少样本数min_samples_leaf

这个值限制了叶子节点最少的样本数,如果某叶子节点数目小于样本数,则会和兄弟节点一起被剪枝。 默认是1,可以输入最少的样本数的整数,或者最少样本数占样本总数的百分比。如果样本量不大,不需要管这个值。如果样本量数量级非常大,则推荐增大这个值。之前的10万样本项目使用min_samples_leaf的值为5,仅供参考。

5.7 叶子节点最小的样本权重和min_weight_fraction_leaf

这个值限制了叶子节点所有样本权重和的最小值,如果小于这个值,则会和兄弟节点一起被剪枝。 默认是0,就是不考虑权重问题。一般来说,如果我们有较多样本有缺失值,或者分类树样本的分布类别偏差很大,就会引入样本权重,这时我们就要注意这个值了。

5.8 最大叶子节点数max_leaf_nodes

通过限制最大叶子节点数,可以防止过拟合,默认是"None”,即不限制最大的叶子节点数。如果加了限制,算法会建立在最大叶子节点数内最优的决策树。如果特征不多,可以不考虑这个值,但是如果特征分成多的话,可以加以限制,具体的值可以通过交叉验证得到。

5.9 类别权重class_weight

不适用于回归树。指定样本各类别的的权重,主要是为了防止训练集某些类别的样本过多,导致训练的决策树过于偏向这些类别。这里可以自己指定各个样本的权重,或者用“balanced”,如果使用“balanced”,则算法会自己计算权重,样本量少的类别所对应的样本权重会高。当然,如果你的样本类别分布没有明显的偏倚,则可以不管这个参数,选择默认的"None"

5.10 节点划分最小不纯度min_impurity_split

这个值限制了决策树的增长,如果某节点的不纯度(基尼系数,信息增益,均方差,绝对差)小于这个阈值,则该节点不再生成子节点。即为叶子节点 。