随机森林的REF递归特征消除法来筛选特征（python实现不依赖sklearn)

Posted 2023-04-06 酒与花生米

随机森林的REF递归特征消除法是一种基于模型的特征选择方法。它通过构建随机森林模型，并反复训练模型来评估每个特征的重要性，从而递归地消除不重要的特征。REF方法通过以下步骤实现：
1.计算初始模型在所有特征上的特征重要性得分。
2.去掉得分最低的特征，并重新训练模型。
3.重复步骤1和步骤2，直到选择的特征数达到所需的数量或者达到预定义的停止标准。
这种方法的优点是可以在不需要先验知识的情况下对特征进行选择，而且它可以对高维数据集进行有效的特征筛选。此外，REF方法还可以通过交叉验证来评估模型的性能，以避免过拟合。但是，该方法的缺点是计算成本较高，特别是在处理大型数据集时。

总之，REF递归特征消除法是一种可靠的特征选择方法，可以帮助我们从大量的特征中识别出最重要的特征，并提高模型的预测性能。

以下是使用Python中scikit-learn库实现随机森林的REF递归特征消除法的代码示例：

from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.feature_selection import RFECV
from sklearn.datasets import make_classification

# 生成一组样本数据
X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=20, n_informative=5, n_redundant=0, random_state=42)

# 定义一个随机森林分类器
clf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)

# 定义REF递归特征消除器，使用5折交叉验证
rfecv = RFECV(estimator=clf, step=1, cv=5, scoring='accuracy')

# 运行REF递归特征消除器，并返回选择的特征
selected_features = rfecv.fit_transform(X, y)

# 输出选择的特征数量和选择的特征的索引
print("Selected Features: %d" % rfecv.n_features_)
print("Feature Ranking: %s" % rfecv.ranking_)

在这个示例中，我们首先使用make_classification函数生成了一个包含1000个样本和20个特征的数据集，其中有5个特征对目标变量有信息量。然后我们定义了一个随机森林分类器，以及一个RFECV对象来执行REF递归特征消除。最后，我们将样本数据和目标变量传递给RFECV对象的fit_transform方法，以获得选定的特征。程序输出选择的特征数量和特征排名。

python版本，不依赖模块

import numpy as np
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier

class RandomForestClassifier:
    def __init__(self, n_estimators=10, max_depth=None, random_state=None):
        self.n_estimators = n_estimators
        self.max_depth = max_depth
        self.random_state = random_state
        self.estimators = []

    def fit(self, X, y):
        np.random.seed(self.random_state)
        n_samples, n_features = X.shape

        # 构建随机森林
        for i in range(self.n_estimators):
            # 从原始数据集中随机抽样，构建一个新的子数据集
            sample_indices = np.random.choice(n_samples, n_samples, replace=True)
            X_subset, y_subset = X[sample_indices], y[sample_indices]

            # 构建决策树模型
            tree = DecisionTreeClassifier(max_depth=self.max_depth, random_state=self.random_state)

            # 训练决策树模型
            tree.fit(X_subset, y_subset)

            # 将决策树模型添加到随机森林中
            self.estimators.append(tree)

    def predict(self, X):
        # 预测分类结果
        predictions = []
        for tree in self.estimators:
            predictions.append(tree.predict(X))
        return np.mean(predictions, axis=0)

def REF(X, y, n_selected_features):
    # 定义一个随机森林分类器
    clf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)

    # 定义一个包含特征索引和得分的列表
    feature_scores = []

    # 计算每个特征在随机森林模型中的重要性得分
    for i in range(X.shape[1]):
        # 选择除第i个特征之外的所有特征
        X_subset = np.delete(X, i, axis=1)

        # 训练随机森林模型并计算特征重要性得分
        clf.fit(X_subset, y)
        score = clf.estimators[0].feature_importances_

        # 将特征得分添加到列表中
        feature_scores.append(score)

    # 将得分转换为平均得分
    feature_scores = np.mean(feature_scores, axis=0)

    # 选择前n_selected_features个特征的索引
    selected_feature_indices = np.argsort(feature_scores)[::-1][:n_selected_features]

    # 返回所选特征的索引
    return selected_feature_indices

# 生成一组样本数据
X = np.random.randn(1000, 20)
y = np.random.randint(0, 2, size=1000)

# 使用REF方法选择5个特征
selected_feature_indices = REF(X, y, 5)

# 输出选择的特征的索引
print("Selected Features: %s" % selected_feature_indices)

在这个示例中，我们首先定义了一个自己实现的随机森林分类器，然后定义了一个REF函数来选择最重要的特征。在REF函数的实现基于以下步骤：

1.定义一个随机森林分类器，使用RandomForestClassifier类来实现。

2.定义一个包含特征索引和得分的列表feature_scores。

3.计算每个特征在随机森林模型中的重要性得分。对于每个特征，我们从原始数据集中删除该特征，然后训练随机森林模型并计算特征重要性得分。我们把特征得分添加到feature_scores列表中。

4.将特征得分转换为平均得分，使用np.mean函数实现。

5.选择前n_selected_features个特征的索引，使用np.argsort和[::-1]来实现。

6.返回所选特征的索引。

在这个示例中，我们使用了numpy和sklearn.tree中的一些函数，但是我们没有使用任何其他外部包来实现REF函数。实现REF函数的核心思想是使用随机森林模型来计算每个特征的重要性得分，然后选择最重要的特征。

R语言随机森林模型：计算随机森林模型的特征重要度（feature importance）并可视化特征重要度使用少数重要特征拟合随机森林模型（比较所有特征模型和重要特征模型在测试集上的表现差异）

R语言随机森林模型：计算随机森林模型的特征重要度（feature importance）并可视化特征重要度、使用少数重要特征拟合随机森林模型（比较所有特征模型和重要特征模型在测试集上的表现差异）

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