ML之监督学习算法之分类算法一 ———— 决策树算法

Posted 2020-10-12 阳台

一、概述

　　决策树（decision tree）的一个重要任务是为了数据中所蕴含的知识信息，因此决策树可以使用不熟悉的数据集合，并从中提取出一系列规则，在这些机器根据数据创建规则时，就是机器学习的过程。

二、决策树的构造

　　决策树：

　　　　优点：计算复杂度不高， 输出结果易于理解， 对中间值的缺失不敏感， 可以处理不相关特征数据。

　　　　缺点： 可能会产生过度匹配问题。

　　适用数据类型：数值型和标称型

　　在构造决策树时， 我们需要解决的第一个问题就是， 当前数据集上哪个特征在划分数据分类时起决定性作用。 为了找到决定性的特征， 划分出最好的结果， 我们必须评估每个特征。 完成测试之后， 原始数据集就被划分为几个数据子集。 这些数据子集会分布在第一个决策点的所有分支上；
　　决策树的一般流程
　　　　1. 收集数据： 可以使用任何方法。
　　　　2. 准备数据： 树构造算法只适用于标称型数据， 因此数值型数据必须离散化。
　　　　3. 分析数据： 可以使用任何方法， 构造树完成之后， 我们应该检查图形是否符合预期。
　　　　4. 训练算法： 构造树的数据结构。
　　　　5. 测试算法： 使用经验树计算错误率。
　　　　6. 使用算法： 此步骤可以适用于任何监督学习算法， 而使用决策树可以更好地理解数据的内在含义。

　　涉及的算法：

　　　　二分法：一些决策树算法采用二分法划分数据，

　　　　ID3： 而我们将适用ID3算法划分数据集 ， ID3算法更多信息了解

　　　　C4.5： ID3的一个改进， 比ID3准确率高且快， 可以处理连续值和有缺失值的feature

　　　　CRAT： 使用基尼指数的划分准则，通过在每个步骤最大限度降低不纯洁度， CART能够处理孤立点以及对空缺值的处理；

　信息增益：

　　划分数据集的大原则是： 将无序的数据变得更加有序。 我们可以使用多 种方法划分数据集， 但是每种方法都有各自的优缺点。 组织杂乱无章数据的一种方法就是使用信息论度量信息， 信息论是量化处理信息的分支 科学。 我们可以在划分数据前后使用信息论量化度量信息的内容。
　　在划分数据集之前之后信息发生的变化称为信息增益， 知道如何计算信 息增益， 我们就可以计算每个特征值划分数据集获得的信息增益， 获得 信息增益最高的特征就是最好的选择。
　熵：
　　为了计算熵（entropy）， 我们需要计算所有类别所有可能值包含的信息期望值， 通过下面的公式得到：
　　

　　符号xi 的信息定义为：

　　其中p(xi)是选择该分类的概率

　　熵的单位是bit， 用来衡量信息的多少；从计算熵的公式来看：

　　　　变量的不确定性越大， 熵就越大；

　　计算完信息熵后，我们便可以得到数据集的无序程度。我们将对每个特征划分数据集的结果计算一次信息熵，然后判断哪个特征划分数据集是最好的划分方式（根据信息熵判断，信息熵越小，说明划分效果越好）

　　

三、ID3算法

　　选择属性判断节点；

　　信息获取量（Information Gain）： Gain（A）= Info（D） - Infor_A(D) , 通过A来作为节点分类获取了多少信息；