spark 随机森林算法案例实战

Posted 2020-09-28 将者，智、信、仁、勇、严也。

随机森林算法

由多个决策树构成的森林，算法分类结果由这些决策树投票得到，决策树在生成的过程当中分别在行方向和列方向上添加随机过程，行方向上构建决策树时采用放回抽样（bootstraping）得到训练数据，列方向上采用无放回随机抽样得到特征子集，并据此得到其最优切分点，这便是随机森林算法的基本原理。图 3 给出了随机森林算法分类原理，从图中可以看到，随机森林是一个组合模型，内部仍然是基于决策树，同单一的决策树分类不同的是，随机森林通过多个决策树投票结果进行分类，算法不容易出现过度拟合问题。

图 3. 随机森林示意图

 

 

随机森林算法案例实战

本节将通过介绍一个案例来说明随机森林的具体应用。一般银行在货款之前都需要对客户的还款能力进行评估，但如果客户数据量比较庞大，信贷审核人员的压力会非常大，此时常常会希望通过计算机来进行辅助决策。随机森林算法可以在该场景下使用，例如可以将原有的历史数据输入到随机森林算法当中进行数据训练，利用训练后得到的模型对新的客户数据进行分类，这样便可以过滤掉大量的无还款能力的客户，如此便能极大地减少信货审核人员的工作量。

假设存在下列信贷用户历史还款记录：

表 2. 信贷用户历史还款数据表

记录号	是否拥有房产（是/否）	婚姻情况（单身、已婚、离婚）	年收入（单位：万元）	是否具备还款能力（是、否）
10001	否	已婚	10	是
10002	否	单身	8	是
10003	是	单身	13	是
……	….	…..	….	……
11000	是	单身	8	否

上述信贷用户历史还款记录被格式化为 label index1:feature1 index2:feature2 index3:feature3 这种格式，例如上表中的第一条记录将被格式化为 0 1:0 2:1 3:10，各字段含义如下：

是否具备还款能力 是否拥有房产 婚姻情况，0 表示单身、 年收入

0 表示是，1 表示否 0 表示否，1 表示是 1 表示已婚、2 表示离婚 填入实际数字

0 1:0 2:1 3:10

将表中所有数据转换后，保存为 sample_data.txt，该数据用于训练随机森林。测试数据为：

表 3. 测试数据表

是否拥有房产（是/否）	婚姻情况（单身、已婚、离婚）	年收入（单位：万元）
否	已婚	12

如果随机森林模型训练正确的话，上面这条用户数据得到的结果应该是具备还款能力，为方便后期处理，我们将其保存为 input.txt，内容为：

0 1:0 2:1 3:12

将 sample_data.txt、input.txt 利用 hadoop fs –put input.txt sample_data.txt /data 上传到 HDFS 中的/data 目录当中，再编写如清单 9 所示的代码进行验证

清单 9. 判断客户是否具有还贷能力

package cn.ml
 
import org.apache.spark.SparkConf
import org.apache.spark.SparkContext
import org.apache.spark.mllib.util.MLUtils
import org.apache.spark.mllib.regression.LabeledPoint
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.mllib.tree.RandomForest
import org.apache.spark.mllib.tree.model.RandomForestModel
import org.apache.spark.mllib.linalg.Vectors
 
object RandomForstExample {
 def main(args: Array[String]) {
 val sparkConf = new SparkConf().setAppName("RandomForestExample").
          setMaster("spark://sparkmaster:7077")
 val sc = new SparkContext(sparkConf)
 
 val data: RDD[LabeledPoint] = MLUtils.loadLibSVMFile(sc, "/data/sample_data.txt")
 
 val numClasses = 2
 val featureSubsetStrategy = "auto"
 val numTrees = 3
 val model: RandomForestModel =RandomForest.trainClassifier(
                    data, Strategy.defaultStrategy("classification"),numTrees, 
 featureSubsetStrategy,new java.util.Random().nextInt())
  
 val input: RDD[LabeledPoint] = MLUtils.loadLibSVMFile(sc, "/data/input.txt")
 
 val predictResult = input.map { point =>
 val prediction = model.predict(point.features)
 (point.label, prediction)
}
//打印输出结果，在 spark-shell 上执行时使用
 predictResult.collect()
 //将结果保存到 hdfs //predictResult.saveAsTextFile("/data/predictResult")
 sc.stop()
 
 }
}

 

上述代码既可以打包后利用 spark-summit 提交到服务器上执行，也可以在 spark-shell 上执行查看结果. 图 10 给出了训练得到的RadomForest 模型结果，图 11 给出了 RandomForest 模型预测得到的结果，可以看到预测结果与预期是一致的。

图 10. 训练得到的 RadomForest 模型

图 11. collect 方法返回的结果

摘自：https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-spark-random-forest/index.html