3.7 集成学习方法之随机森林

学习目标

• 目标
  • 说名随机森林每棵决策树的建立过程
  • 知道为什么需要随机有放回(Bootstrap)的抽样
  • 说明随机森林的超参数

• 应用

  • 泰坦尼克号乘客生存预测

    1、 什么是集成学习方法

    集成学习通过建立几个模型组合的来解决单一预测问题。它的工作原理是生成多个分类器/模型，各自独立地学习和作出预测。这些预测最后结合成组合预测，因此优于任何一个单分类的做出预测。

    2、 什么是随机森林

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

    3、 随机森林原理过程

    学习算法根据下列算法而建造每棵树：

• 用N来表示训练用例（样本）的个数，M表示特征数目。

  • 1、一次随机选出一个样本，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

• 采取bootstrap抽样

  3.1 为什么采用BootStrap抽样

• 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

• 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。

    3.2 API

• class sklearn.ensemble.RandomForestClassifier(n_estimators=10, criterion=’gini’, max_depth=None, bootstrap=True, random_state=None, min_samples_split=2)

  • 随机森林分类器
  • n_estimators：integer，optional（default = 10）森林里的树木数量120,200,300,500,800,1200
  • criteria：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

  3.3 代码

  # 随机森林去进行预测
  rf = RandomForestClassifier()
  param = {"n_estimators": [120,200,300,500,800,1200], "max_depth": [5, 8, 15, 25, 30]}
  # 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))

  4、总结

• 在当前所有算法中，具有极好的准确率

• 能够有效地运行在大数据集上，处理具有高维特征的输入样本，而且不需要降维
• 能够评估各个特征在分类问题上的重要性