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CART(Classification and Regression Trees)

时间:2023-11-16 16:59:58浏览次数:33  
标签:剪枝 Classification 分裂 CART 基尼 算法 Trees 节点

CART(Classification and Regression Trees)是一种常用的决策树算法,既可以用于分类问题,也可以用于回归问题。CART算法由Breiman等人于1984年提出,是一种基于递归二分划分的贪婪算法。以下是对CART算法的详细解释:

1. 决策树的构建过程:

CART算法通过递归地将数据集划分为越来越纯的子集,构建一棵二叉树。具体过程如下:

  • 选择最佳分裂特征:
    • 对于分类问题,通常使用基尼指数(Gini Index)作为评价指标;对于回归问题,通常使用平方误差(Squared Error)。
    • 遍历每个特征,每个可能的分裂点,计算分裂后子集的基尼指数或平方误差,选择使指标最小化的特征和分裂点作为当前节点的分裂规则。
  • 递归分裂:
    • 根据选择的分裂规则将数据集划分为两个子集,分别对这两个子集递归地应用上述过程,构建左右子树。
  • 停止条件:
    • 递归的停止条件通常包括:
      • 达到最大深度。
      • 节点中的样本数量小于某个阈值。
      • 基尼指数或平方误差小于某个阈值。

2. CART用于分类问题的基尼指数:

对于一个具有K个类别的分类问题,节点的基尼指数(Gini Index)的计算方式为:

其中 pi​ 是属于第 i 个类别的样本在节点中的比例。基尼指数越小,节点的纯度越高。

3. CART用于回归问题的平方误差:

对于回归问题,节点的平方误差(Squared Error)的计算方式为:

其中 N 是节点中的样本数量,yi​ 是样本的真实标签,yˉ​ 是节点中所有样本标签的均值。平方误差越小,节点的纯度越高。

4. 剪枝(Pruning):

CART构建决策树时容易出现过拟合。为了防止过拟合,CART使用一种称为剪枝的技术。剪枝通过去掉一些子树或叶节点来减小模型复杂度,提高泛化性能。

  • 预剪枝(Pre-Pruning):
    • 在构建树的过程中,提前定义停止分裂的条件,例如最大深度、节点中样本数量的阈值等。
  • 后剪枝(Post-Pruning):
    • 在构建完整棵树后,通过自底向上地剪枝。剪去一些叶节点,观察剪枝后模型在验证集上的表现,选择对整体性能影响较小的剪枝方式。

5. CART的优缺点:

优点:

  • 简单易懂,可解释性好。
  • 能够处理数值型和类别型的特征。
  • 在特征较少的情况下,表现良好。

缺点:

  • 对异常值敏感。
  • 容易过拟合,特别是在处理高维数据时。
  • 由于是贪婪算法,可能无法达到全局最优。

CART是一个灵活而强大的决策树算法,适用于多种任务,但在实际应用中需要注意对过拟合的处理。

标签:剪枝,Classification,分裂,CART,基尼,算法,Trees,节点
From: https://www.cnblogs.com/wzbzk/p/17836680.html

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