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隨機(jī)森林(RF, RandomForest)介紹
2016-05-04
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隨機(jī)森林(RF, RandomForest)介紹

隨機(jī)森林(RF, RandomForest)包含多個(gè)決策樹的分類器,并且其輸出的類別是由個(gè)別樹輸出的類別的眾數(shù)而定。通過自助法(boot-strap)重采樣技術(shù),不斷生成訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本,由訓(xùn)練樣本生成多個(gè)分類樹組成的隨機(jī)森林,測(cè)試數(shù)據(jù)的分類結(jié)果按分類樹投票多少形成的分?jǐn)?shù)而定。

隨機(jī)森林以隨機(jī)的方式建立一個(gè)森林,森林里有很多決策樹,且每棵樹之間無關(guān)聯(lián),當(dāng)有一個(gè)新樣本進(jìn)入后,讓森林中每棵決策樹分別各自獨(dú)立判斷,看這個(gè)樣本應(yīng)該屬于哪一類(對(duì)于分類算法)。然后看哪一類被選擇最多,就選擇預(yù)測(cè)此樣本為那一類。

→ 每個(gè)節(jié)點(diǎn)處隨機(jī)選擇特征進(jìn)行分支。

利用bootstrap重抽樣方法,從原始樣本中抽出多個(gè)樣本,對(duì)每個(gè)bootstrap樣本進(jìn)行決策樹建模。

主要思想是bagging并行算法,用很多弱模型組合出一種強(qiáng)模型。

一、隨機(jī)決策樹的構(gòu)造

建立每棵決策樹的過程中,有2點(diǎn):采樣與完全分裂。首先是兩個(gè)隨機(jī)采樣的過程,RF要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行一下行(樣本)、列(特征)采樣,對(duì)于行采樣(樣本)采用有放回的方式,也就是在采樣得到的樣本中可以有重復(fù)。從M個(gè)特征中(列采樣)出m特征。之后就是用完全分裂的方式建立出決策樹。

一般決策樹會(huì)剪枝,但這里采用隨機(jī)化,就算不剪枝也不會(huì)出現(xiàn)“過擬合”現(xiàn)象。

二、隨機(jī)森林的構(gòu)造

1.有N個(gè)樣本,則有放回地隨機(jī)選擇N個(gè)樣本(每次取1個(gè),放回抽樣)。這選擇好了的N各樣本用來訓(xùn)練一個(gè)決策樹,作為決策樹根節(jié)點(diǎn)處的樣本。

2.當(dāng)每個(gè)樣本有M個(gè)屬性時(shí),在決策樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要分裂時(shí),隨機(jī)從這M個(gè)屬性中選取出m個(gè)屬性,滿足條件m<<M。然后從這m個(gè)屬性中采用某種策略(如信息增益)來選擇一個(gè)屬性,作為該節(jié)點(diǎn)的分裂屬性。

3.決策樹形成過程中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要按照步驟2來分裂(很容易理解,如果下一次該節(jié)點(diǎn)選出來的那一個(gè)屬性是剛剛父節(jié)點(diǎn)分裂時(shí)用過的屬性,則該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到了葉子節(jié)點(diǎn),無需繼續(xù)分裂)。一直到不能再分裂為止,注意整個(gè)決策樹形成過程中沒有剪枝。

4.按步驟1-3建立大量決策樹,如此形成RF。

(從上面步驟可以看出,RF的隨機(jī)性體現(xiàn)在每棵樹的訓(xùn)練樣本是隨機(jī)的,樹中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分類屬性也是隨機(jī)選擇的,有了這兩個(gè)隨機(jī)的保證,RF就不會(huì)產(chǎn)生過擬合現(xiàn)象了)

三、隨機(jī)森林參數(shù)

隨機(jī)森林有2個(gè)重要參數(shù):一是樹節(jié)點(diǎn)預(yù)選變量個(gè)數(shù),二是隨機(jī)森林中樹的個(gè)數(shù)(m的大?。?/span>

RF中有2個(gè)要人為控制的參數(shù):1.森林中樹的數(shù)量,一般建議取很大;2.m的大小,推薦m的值為M的均方根。

四、RF性能及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

1.很多的數(shù)據(jù)集上表現(xiàn)良好;

2.能處理高維度數(shù)據(jù),并且不用做特征選擇;

3.訓(xùn)練完后,能夠給出那些feature比較重要;

4.訓(xùn)練速度快,容易并行化計(jì)算。

缺點(diǎn):

1.在噪音較大的分類或回歸問題上會(huì)出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象;

2.對(duì)于不同級(jí)別屬性的數(shù)據(jù),級(jí)別劃分較多的屬性會(huì)對(duì)隨機(jī)森林有較大影響,則RF在這種數(shù)據(jù)上產(chǎn)出的數(shù)值是不可信的。

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