數據挖掘領域十大經典算法之—CART算法(附代碼)

CART與C4 5類似,是決策樹算法的一種。此外,常見的決策樹算法還有ID3,這三者的不同之處在於特徵的劃分:

簡介

CART與C4.5類似,是決策樹算法的一種。此外,常見的決策樹算法還有ID3,這三者的不同之處在於特徵的劃分:

ID3:特徵劃分基於信息增益

C4.5:特徵劃分基於信息增益比

CART:特徵劃分基於基尼指數

基本思想

CART假設決策樹是二叉樹,內部結點特徵的取值為“是”和“否”,左分支是取值為“是”的分支,右分支是取值為“否”的分支。這樣的決策樹等價於遞歸地二分每個特徵,將輸入空間即特徵空間劃分為有限個單元,並在這些單元上確定預測的概率分佈,也就是在輸入給定的條件下輸出的條件概率分佈。

CART算法由以下兩步組成:

決策樹生成:基於訓練數據集生成決策樹,生成的決策樹要儘量大;

決策樹剪枝:用驗證數據集對已生成的樹進行剪枝並選擇最優子樹,這時損失函數最小作為剪枝的標準。

CART決策樹的生成就是遞歸地構建二叉決策樹的過程。CART決策樹既可以用於分類也可以用於迴歸。本文我們僅討論用於分類的CART。對分類樹而言,CART用Gini係數最小化準則來進行特徵選擇,生成二叉樹。 CART生成算法如下:

輸入:訓練數據集D,停止計算的條件:

輸出:CART決策樹。

根據訓練數據集,從根結點開始,遞歸地對每個結點進行以下操作,構建二叉決策樹:

設結點的訓練數據集為D,計算現有特徵對該數據集的Gini係數。此時,對每一個特徵A,對其可能取的每個值a,根據樣本點對A=a的測試為“是”或 “否”將D分割成D1和D2兩部分,計算A=a時的Gini係數。

在所有可能的特徵A以及它們所有可能的切分點a中,選擇Gini係數最小的特徵及其對應的切分點作為最優特徵與最優切分點。依最優特徵與最優切分點,從現結點生成兩個子結點,將訓練數據集依特徵分配到兩個子結點中去。

對兩個子結點遞歸地調用步驟l~2,直至滿足停止條件。

生成CART決策樹。

算法停止計算的條件是結點中的樣本個數小於預定閾值,或樣本集的Gini係數小於預定閾值(樣本基本屬於同一類),或者沒有更多特徵。

代碼

代碼已在github上實現(調用sklearn),這裡也貼出來

數據挖掘領域十大經典算法之—CART算法(附代碼)

測試數據集為MNIST數據集,獲取地址為train.csv

運行結果

數據挖掘領域十大經典算法之—CART算法(附代碼)


分享到:


相關文章: