决策树 （decision tree）

时间：2023-03-08 16:45:12

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定义：

　　分类决策树模型是一种描述对实例进行分类的树形结构。决策树由结点（node）和有向边（directed edge）组成。结点有两种类型：内部结点（internal node）和叶结点（leaf node）。内部结点表示一个特征或属性(features)，叶结点表示一个类(labels)。

　　用决策树对需要测试的实例进行分类：从根节点开始，对实例的某一特征进行测试，根据测试结果，将实例分配到其子结点；这时，每一个子结点对应着该特征的一个取值。如此递归地对实例进行测试并分配，直至达到叶结点。最后将实例分配到叶结点的类中。

原理：　

决策树 须知概念

信息熵 & 信息增益

熵（entropy）： 熵指的是体系的混乱的程度，在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义，是各领域十分重要的参量。

信息论（information theory）中的熵（香农熵）： 是一种信息的度量方式，表示信息的混乱程度，也就是说：信息越有序，信息熵越低。例如：火柴有序放在火柴盒里，熵值很低；相反，熵值很高。

信息增益（information gain）： 在划分数据集前后信息发生的变化称为信息增益。

决策树算法特点

优点：计算复杂度不高，输出结果易于理解，数据有缺失也能跑，可以处理不相关特征。
缺点：容易过拟合。
适用数据类型：数值型和标称型。

如何构造一个决策树?

def createBranch():
'''
此处运用了迭代的思想。 感兴趣可以搜索 迭代 recursion， 甚至是 dynamic programing。
'''
检测数据集中的所有数据的分类标签是否相同:
If so return 类标签
Else:
寻找划分数据集的最好特征（划分之后信息熵最小，也就是信息增益最大的特征）
划分数据集
创建分支节点
for 每个划分的子集
调用函数 createBranch （创建分支的函数）并增加返回结果到分支节点中
return 分支节点

 from math import log

 def createDataSet():

     dataSet = [

         [1, 1, 'yes'],

         [1, 1, 'yes'],

         [1, 0, 'no'],

         [0, 1, 'no'],

         [0, 1, 'no'],

     ]

     labels = ['no surfacing', 'flippers']

     return dataSet, labels

 def calcShannonEnt(dataSet):

     # 参与计算的数据量

     numEntries = len(dataSet)

     # 分类标签出现的次数

     labelCounts = {}

     for foo in dataSet:

         currentLabel = foo[-1]

         # 分类写入字典，不存在则创建，并记录当前类别的次数

         if currentLabel not in labelCounts.keys():

             labelCounts[currentLabel] = 0

         labelCounts[currentLabel] += 1

     # 对于 label 标签的占比，求出 label 标签的香农熵

     shannonEnt = 0.0

     for key in labelCounts:

         # 计算每个标签出现的频率

         prob = labelCounts[key] / numEntries

         # 计算香农熵，以 2 为底求对数

         shannonEnt -= prob * log(prob, 2)

     return shannonEnt

 def splitDataSet(dataSet, index, value):

     retDataSet = []

     for featVec in dataSet:

         # 除去 index 列为 value 的数据集

         if featVec[index] == value:

             # 取 index 列前的数据列

             reducedFeatVec = featVec[:index]

             # 取 index 列后的数据列

             reducedFeatVec.extend(featVec[index + 1:])

             retDataSet.append(reducedFeatVec)

     return retDataSet

 def chooseBestFeatureToSplit(dataSet):

     # 有多少列的特征 Feature ，最后一列是类 label

     numFeature = len(dataSet) - 1

     # 数据集的原始信息熵

     baseEntropy = calcShannonEnt(dataSet)

     # 记录最优的信息增益和最优的特征 Feature 编号

     bestInfoGain, bestFeature = 0.0, -1

     for i in range(numFeature):

         # 获取对应特征 Feature 下的所有数据

         featList = [example[i] for example in dataSet]

         # 对特征列表进行去重

         uniqueVals = set(featList)

         # 创建一个临时信息熵

         tempEntropy = 0.0

         # 遍历某一列 value 集合计算该列的信息熵

         for value in uniqueVals:

             # 取去除第 i 列值为 value  的子集

             subDataSet = splitDataSet(dataSet, i, value)

             # 概率

             prob = len(subDataSet) / len(dataSet)

             # 计算信息熵

             tempEntropy += prob * calcShannonEnt(subDataSet)

         infoGain = baseEntropy - tempEntropy

         if infoGain > bestInfoGain:

             bestInfoGain = infoGain

             bestFeature = i

     return bestFeature

决策树部分代码

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