集成学习算法：Bagging和随机森林

Posted 2022-07-28 黑马程序员官方

学习目标

• 知道Bagging集成原理
• 知道随机森林构造过程
• 知道RandomForestClassifier的使用
• 了解baggind集成的优点

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1 Bagging集成原理

目标：把下面的圈和方块进行分类

 

实现过程：

1.采样不同数据集

 2.训练分类器

 3.平权投票，获取最终结果

 4.主要实现过程小结

 

2 随机森林构造过程

在机器学习中，随机森林是一个包含多个决策树的分类器，并且其输出的类别是由个别树输出的类别的众数而定。

随机森林 = Bagging + 决策树

 

例如, 如果你训练了5个树, 其中有4个树的结果是True, 1个树的结果是False, 那么最终投票结果就是True

随机森林够造过程中的关键步骤（M表示特征数目）：

​ 1）一次随机选出一个样本，有放回的抽样，重复N次（有可能出现重复的样本）

​ 2） 随机去选出m个特征, m <<M，建立决策树

• 思考

  • 1.为什么要随机抽样训练集？　　
    • 如果不进行随机抽样，每棵树的训练集都一样，那么最终训练出的树分类结果也是完全一样的
  • 2.为什么要有放回地抽样？
    • 如果不是有放回的抽样，那么每棵树的训练样本都是不同的，都是没有交集的，这样每棵树都是“有偏的”，都是绝对“片面的”（当然这样说可能不对），也就是说每棵树训练出来都是有很大的差异的；而随机森林最后分类取决于多棵树（弱分类器）的投票表决。

3 随机森林api介绍

• sklearn.ensemble.RandomForestClassifier(n_estimators=10, criterion=’gini’, max_depth=None, bootstrap=True, random_state=None, min_samples_split=2)
  • n_estimators：integer，optional（default = 10）森林里的树木数量120,200,300,500,800,1200
  • Criterion：string，可选（default =“gini”）分割特征的测量方法
  • max_depth：integer或None，可选（默认=无）树的最大深度 5,8,15,25,30
  • max_features="auto”,每个决策树的最大特征数量
    • If "auto", then max_features=sqrt(n_features).
    • If "sqrt", then max_features=sqrt(n_features)(same as "auto").
    • If "log2", then max_features=log2(n_features).
    • If None, then max_features=n_features.
  • bootstrap：boolean，optional（default = True）是否在构建树时使用放回抽样
  • min_samples_split:节点划分最少样本数
  • min_samples_leaf:叶子节点的最小样本数
• 超参数：n_estimator, max_depth, min_samples_split,min_samples_leaf

4 随机森林预测案例

• 实例化随机森林

# 随机森林去进行预测
rf = RandomForestClassifier()

• 定义超参数的选择列表

param = "n_estimators": [120,200,300,500,800,1200], "max_depth": [5, 8, 15, 25, 30]

• 使用GridSearchCV进行网格搜索

# 超参数调优
gc = GridSearchCV(rf, param_grid=param, cv=2)

gc.fit(x_train, y_train)

print("随机森林预测的准确率为：", gc.score(x_test, y_test))

注意

• 随机森林的建立过程
• 树的深度、树的个数等需要进行超参数调优

5 bagging集成优点

​ Bagging + 决策树/线性回归/逻辑回归/深度学习… = bagging集成学习方法

经过上面方式组成的集成学习方法:

1. 均可在原有算法上提高约2%左右的泛化正确率

2. 简单, 方便, 通用

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6 小结

• bagging集成过程【知道】
  • 1.采样 — 从所有样本里面，采样一部分
  • 2.学习 — 训练弱学习器
  • 3.集成 — 使用平权投票
• 随机森林介绍【知道】
  • 随机森林定义
    • 随机森林 = Bagging + 决策树
  • 流程：
    • 1.随机选取m条数据
    • 2.随机选取k个特征
    • 3.训练决策树
    • 4.重复1-3
    • 5.对上面的若决策树进行平权投票
  • 注意：
    • 1.随机选取样本，且是有放回的抽取
    • 2.选取特征的时候吗，选择m<<M
    • M是所有的特征数
  • api
    • sklearn.ensemble.RandomForestClassifier()
• Bagging + 决策树/线性回归/逻辑回归/深度学习… = bagging集成学习方法【了解】
• bagging的优点【了解】
  • 1.均可在原有算法上提高约2%左右的泛化正确率
  • 2.简单, 方便, 通用