決策樹是非參數學習演算法

① 什麼是決策樹

決策樹是數學、計算機科學與管理學中經常使用的工具。

決策論中 (如風險管理)，決策樹(Decision tree)由一個決策圖和可能的結果(包括資源成本和風險)組成， 用來創建到達目標的規劃。決策樹建立並用來輔助決策，是一種特殊的樹結構。決策樹是一個利用像樹一樣的圖形或決策模型的決策支持工具，包括隨機事件結果，資源代價和實用性。它是一個演算法顯示的方法。決策樹經常在運籌學中使用，特別是在決策分析中，它幫助確定一個能最可能達到目標的策略。如果在實際中，決策不得不在沒有完備知識的情況下被在線採用，一個決策樹應該平行概率模型作為最佳的選擇模型或在線選擇模型演算法。決策樹的另一個使用是作為計算條件概率的描述性手段。

決策樹提供了一種展示類似在什麼條件下會得到什麼值這類規則的方法。比如，在貸款申請中，要對申請的風險大小做出判斷，圖是為了解決這個問題而建立的一棵決策樹，從中我們可以看到決策樹的基本組成部分：決策節點、分支和葉子。

決策樹中最上面的節點稱為根節點，是整個決策樹的開始。本例中根節點是「收入>￥40,000」，對此問題的不同回答產生了「是」和「否」兩個分支。

決策樹的每個節點子節點的個數與決策樹在用的演算法有關。如CART演算法得到的決策樹每個節點有兩個分支，這種樹稱為二叉樹。允許節點含有多於兩個子節點的樹稱為多叉樹。決策樹的內部節點（非樹葉節點）表示在一個屬性上的測試。

每個分支要麼是一個新的決策節點，要麼是樹的結尾，稱為葉子。在沿著決策樹從上到下遍歷的過程中，在每個節點都會遇到一個問題，對每個節點上問題的不同回答導致不同的分支，最後會到達一個葉子節點。這個過程就是利用決策樹進行分類的過程，利用幾個變數（每個變數對應一個問題）來判斷所屬的類別（最後每個葉子會對應一個類別）。

例如，
假如負責借貸的銀行官員利用上面這棵決策樹來決定支持哪些貸款和拒絕哪些貸款，那麼他就可以用貸款申請表來運行這棵決策樹，用決策樹來判斷風險的大小。「年收入>￥40,00」和「高負債」的用戶被認為是「高風險」，同時「收入5年」的申請，則被認為「低風險」而建議貸款給他/她。

數據挖掘中決策樹是一種經常要用到的技術，可以用於分析數據，同樣也可以用來作預測（就像上面的銀行官員用他來預測貸款風險）。常用的演算法有CHAID、 CART、ID3、C4.5、 Quest 和C5.0。

建立決策樹的過程，即樹的生長過程是不斷的把數據進行切分的過程，每次切分對應一個問題，也對應著一個節點。對每個切分都要求分成的組之間的「差異」最大。

對決策樹演算法的研究開發主要以國外為主， 現有的涉及決策樹演算法的軟體有SEE5、Weka、spss等，在國內也有不少人開展了對決策樹演算法的構建及應用研究，如中國測繪科學研究院在原有C5.0演算法的基礎上進行了演算法重構，將其用於地表覆蓋遙感影像分類中。

② 決策樹的演算法

C4.5演算法繼承了ID3演算法的優點，並在以下幾方面對ID3演算法進行了改進：
1) 用信息增益率來選擇屬性，克服了用信息增益選擇屬性時偏向選擇取值多的屬性的不足；
2) 在樹構造過程中進行剪枝；
3) 能夠完成對連續屬性的離散化處理；
4) 能夠對不完整數據進行處理。
C4.5演算法有如下優點：產生的分類規則易於理解，准確率較高。其缺點是：在構造樹的過程中，需要對數據集進行多次的順序掃描和排序，因而導致演算法的低效。此外，C4.5隻適合於能夠駐留於內存的數據集，當訓練集大得無法在內存容納時程序無法運行。
具體演算法步驟如下；
1創建節點N
2如果訓練集為空，在返回節點N標記為Failure
3如果訓練集中的所有記錄都屬於同一個類別，則以該類別標記節點N
4如果候選屬性為空，則返回N作為葉節點，標記為訓練集中最普通的類；
5for each 候選屬性 attribute_list
6if 候選屬性是連續的then
7對該屬性進行離散化
8選擇候選屬性attribute_list中具有最高信息增益率的屬性D
9標記節點N為屬性D
10for each 屬性D的一致值d
11由節點N長出一個條件為D=d的分支
12設s是訓練集中D=d的訓練樣本的集合
13if s為空
14加上一個樹葉，標記為訓練集中最普通的類
15else加上一個有C4.5（R - {D},C，s）返回的點 背景：
分類與回歸樹(CART——Classification And Regression Tree)) 是一種非常有趣並且十分有效的非參數分類和回歸方法。它通過構建二叉樹達到預測目的。
分類與回歸樹CART 模型最早由Breiman 等人提出，已經在統計領域和數據挖掘技術中普遍使用。它採用與傳統統計學完全不同的方式構建預測准則，它是以二叉樹的形式給出，易於理解、使用和解釋。由CART 模型構建的預測樹在很多情況下比常用的統計方法構建的代數學預測准則更加准確，且數據越復雜、變數越多，演算法的優越性就越顯著。模型的關鍵是預測准則的構建，准確的。
定義：
分類和回歸首先利用已知的多變數數據構建預測准則, 進而根據其它變數值對一個變數進行預測。在分類中, 人們往往先對某一客體進行各種測量, 然後利用一定的分類准則確定該客體歸屬那一類。例如, 給定某一化石的鑒定特徵, 預測該化石屬那一科、那一屬, 甚至那一種。另外一個例子是, 已知某一地區的地質和物化探信息, 預測該區是否有礦。回歸則與分類不同, 它被用來預測客體的某一數值, 而不是客體的歸類。例如, 給定某一地區的礦產資源特徵, 預測該區的資源量。

③ 大數據挖掘的演算法有哪些

大數據挖掘的演算法：
1.樸素貝葉斯，超級簡單，就像做一些數數的工作。如果條件獨立假設成立的話，NB將比鑒別模型收斂的更快，所以你只需要少量的訓練數據。即使條件獨立假設不成立，NB在實際中仍然表現出驚人的好。
2. Logistic回歸，LR有很多方法來對模型正則化。比起NB的條件獨立性假設，LR不需要考慮樣本是否是相關的。與決策樹與支持向量機不同，NB有很好的概率解釋，且很容易利用新的訓練數據來更新模型。如果你想要一些概率信息或者希望將來有更多數據時能方便的更新改進模型，LR是值得使用的。
3.決策樹，DT容易理解與解釋。DT是非參數的，所以你不需要擔心野點（或離群點）和數據是否線性可分的問題，DT的主要缺點是容易過擬合，這也正是隨機森林等集成學習演算法被提出來的原因。
4.支持向量機，很高的分類正確率，對過擬合有很好的理論保證，選取合適的核函數，面對特徵線性不可分的問題也可以表現得很好。SVM在維數通常很高的文本分類中非常的流行。

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④ 常見決策樹分類演算法都有哪些

在機器學習中，有一個體系叫做決策樹，決策樹能夠解決很多問題。在決策樹中，也有很多需要我們去學習的演算法，要知道，在決策樹中，每一個演算法都是實用的演算法，所以了解決策樹中的演算法對我們是有很大的幫助的。在這篇文章中我們就給大家介紹一下關於決策樹分類的演算法，希望能夠幫助大家更好地去理解決策樹。
1.C4.5演算法
C4.5演算法就是基於ID3演算法的改進，這種演算法主要包括的內容就是使用信息增益率替換了信息增益下降度作為屬性選擇的標准；在決策樹構造的同時進行剪枝操作；避免了樹的過度擬合情況；可以對不完整屬性和連續型數據進行處理；使用k交叉驗證降低了計算復雜度；針對數據構成形式，提升了演算法的普適性等內容，這種演算法是一個十分使用的演算法。
2.CLS演算法
CLS演算法就是最原始的決策樹分類演算法，基本流程是，從一棵空數出發，不斷的從決策表選取屬性加入數的生長過程中，直到決策樹可以滿足分類要求為止。CLS演算法存在的主要問題是在新增屬性選取時有很大的隨機性。
3.ID3演算法
ID3演算法就是對CLS演算法的最大改進是摒棄了屬性選擇的隨機性，利用信息熵的下降速度作為屬性選擇的度量。ID3是一種基於信息熵的決策樹分類學習演算法，以信息增益和信息熵，作為對象分類的衡量標准。ID3演算法結構簡單、學習能力強、分類速度快適合大規模數據分類。但同時由於信息增益的不穩定性，容易傾向於眾數屬性導致過度擬合，演算法抗干擾能力差。
3.1.ID3演算法的優缺點
ID3演算法的優點就是方法簡單、計算量小、理論清晰、學習能力較強、比較適用於處理規模較大的學習問題。缺點就是傾向於選擇那些屬性取值比較多的屬性，在實際的應用中往往取值比較多的屬性對分類沒有太大價值、不能對連續屬性進行處理、對雜訊數據比較敏感、需計算每一個屬性的信息增益值、計算代價較高。
3.2.ID3演算法的核心思想
根據樣本子集屬性取值的信息增益值的大小來選擇決策屬性，並根據該屬性的不同取值生成決策樹的分支，再對子集進行遞歸調用該方法，當所有子集的數據都只包含於同一個類別時結束。最後，根據生成的決策樹模型，對新的、未知類別的數據對象進行分類。
在這篇文章中我們給大家介紹了決策樹分類演算法的具體內容，包括有很多種演算法。從中我們不難發現決策樹的演算法都是經過不不斷的改造趨於成熟的。所以說，機器學習的發展在某種程度上就是由於這些演算法的進步而來的。

⑤ 請比較k近鄰，決策樹和樸素貝葉斯這三種分類演算法之間的異同點

決策樹演算法主要包括id3，c45，cart等演算法，生成樹形決策樹，而樸素貝葉斯是利用貝葉斯定律，根據先驗概率求算後驗概率。

如果訓練集很小，那麼高偏差/低方差分類器（如樸素貝葉斯分類器）要優於低偏差/高方差分類器（如k近鄰分類器），因為後者容易過擬合。然而，隨著訓練集的增大，低偏差/高方差分類器將開始勝出（它們具有較低的漸近誤差），因為高偏差分類器不足以提供准確的模型。

一些特定演算法的優點：

樸素貝葉斯的優點：

超級簡單，你只是在做一串計算。如果樸素貝葉斯（NB）條件獨立性假設成立，相比於邏輯回歸這類的判別模型，樸素貝葉斯分類器將收斂得更快，所以只需要較小的訓練集。而且，即使NB假設不成立，樸素貝葉斯分類器在實踐方面仍然表現很好。

如果想得到簡單快捷的執行效果，這將是個好的選擇。它的主要缺點是，不能學習特徵之間的相互作用（比如，它不能學習出：雖然你喜歡布拉德·皮特和湯姆·克魯斯的電影，但卻不喜歡他們一起合作的電影）。

邏輯回歸的優點：

有許多正則化模型的方法，不需要像在樸素貝葉斯分類器中那樣擔心特徵間的相互關聯性。與決策樹和支撐向量機不同，還可以有一個很好的概率解釋，並能容易地更新模型來吸收新數據（使用一個在線梯度下降方法）。

如果想要一個概率框架（比如，簡單地調整分類閾值，說出什麼時候是不太確定的，或者獲得置信區間），或你期望未來接收更多想要快速並入模型中的訓練數據，就選擇邏輯回歸。

決策樹的優點：

易於說明和解釋（對某些人來說—我不確定自己是否屬於這個陣營）。它們可以很容易地處理特徵間的相互作用，並且是非參數化的，所以你不用擔心異常值或者數據是否線性可分（比如，決策樹可以很容易地某特徵x的低端是類A，中間是類B，然後高端又是類A的情況）。

一個缺點是，不支持在線學習，所以當有新樣本時，你將不得不重建決策樹。另一個缺點是，容易過擬合，但這也正是諸如隨機森林（或提高樹）之類的集成方法的切入點。另外，隨機森林往往是很多分類問題的贏家（我相信通常略優於支持向量機），它們快速並且可擴展，同時你不須擔心要像支持向量機那樣調一堆參數，所以它們最近似乎相當受歡迎。

(5)決策樹是非參數學習演算法擴展閱讀：

樸素貝葉斯演算法：

設每個數據樣本用一個n維特徵向量來描述n個屬性的值，即：X={x1，x2，…，xn}，假定有m個類，分別用C1, C2,…，Cm表示。給定一個未知的數據樣本X（即沒有類標號），若樸素貝葉斯分類法將未知的樣本X分配給類Ci，則一定是

P(Ci|X)>P(Cj|X) 1≤j≤m，j≠i

根據貝葉斯定理：

由於P(X)對於所有類為常數，最大化後驗概率P(Ci|X)可轉化為最大化先驗概率P(X|Ci)P(Ci)。如果訓練數據集有許多屬性和元組，計算P(X|Ci)的開銷可能非常大，為此，通常假設各屬性的取值互相獨立，這樣

先驗概率P(x1|Ci)，P(x2|Ci)，…，P(xn|Ci)可以從訓練數據集求得。

根據此方法，對一個未知類別的樣本X，可以先分別計算出X屬於每一個類別Ci的概率P(X|Ci)P(Ci)，然後選擇其中概率最大的類別作為其類別。

樸素貝葉斯演算法成立的前提是各屬性之間互相獨立。當數據集滿足這種獨立性假設時,分類的准確度較高，否則可能較低。另外，該演算法沒有分類規則輸出。

TAN演算法（樹增強型樸素貝葉斯演算法）

TAN演算法通過發現屬性對之間的依賴關系來降低NB中任意屬性之間獨立的假設。它是在NB網路結構的基礎上增加屬性對之間的關聯(邊)來實現的。

實現方法是：用結點表示屬性，用有向邊表示屬性之間的依賴關系，把類別屬性作為根結點，其餘所有屬性都作為它的子節點。通常，用虛線代表NB所需的邊，用實線代表新增的邊。屬性Ai與Aj之間的邊意味著屬性Ai對類別變數C的影響還取決於屬性Aj的取值。

這些增加的邊需滿足下列條件：類別變數沒有雙親結點，每個屬性有一個類別變數雙親結點和最多另外一個屬性作為其雙親結點。

⑥ 機器學習中常見的演算法的優缺點之決策樹

決策樹在機器學習中是一個十分優秀的演算法，在很多技術中都需要用到決策樹這一演算法，由此可見，決策樹是一個經典的演算法，在這篇文章中我們給大家介紹決策樹演算法的優缺點，希望這篇文章能夠更好的幫助大家理解決策樹演算法。
其實決策樹倍受大家歡迎的原因就是其中的一個優勢，那就是易於解釋。同時決策樹可以毫無壓力地處理特徵間的交互關系並且是非參數化的，因此你不必擔心異常值或者數據是否線性可分。但是決策樹的有一個缺點就是不支持在線學習，於是在新樣本到來後，決策樹需要全部重建。另一個缺點就是容易出現過擬合，但這也就是諸如隨機森林RF之類的集成方法的切入點。另外，隨機森林經常是很多分類問題的贏家，決策樹訓練快速並且可調，同時大家無須擔心要像支持向量機那樣調一大堆參數，所以在以前都一直很受歡迎。
那麼決策樹自身的優點都有什麼呢，總結下來就是有六點，第一就是決策樹易於理解和解釋，可以可視化分析，容易提取出規則。第二就是可以同時處理標稱型和數值型數據。第三就是比較適合處理有缺失屬性的樣本。第四就是能夠處理不相關的特徵。第五就是測試數據集時，運行速度比較快。第六就是在相對短的時間內能夠對大型數據源做出可行且效果良好的結果。
那麼決策樹的缺點是什麼呢？總結下來有三點，第一就是決策樹容易發生過擬合，但是隨機森林可以很大程度上減少過擬合。第二就是決策樹容易忽略數據集中屬性的相互關聯。第三就是對於那些各類別樣本數量不一致的數據，在決策樹中，進行屬性劃分時，不同的判定準則會帶來不同的屬性選擇傾向；信息增益准則對可取數目較多的屬性有所偏好，而增益率准則CART則對可取數目較少的屬性有所偏好，但CART進行屬性劃分時候不再簡單地直接利用增益率盡心劃分，而是採用一種啟發式規則。
通過上述的內容相信大家已經知道了決策樹的優點和缺點了吧，大家在學習或者使用決策樹演算法的時候可以更好的幫助大家理解決策樹的具體情況，只有了解了這些演算法，我們才能夠更好的使用決策樹演算法。

⑦ 決策樹方法的基本思想是什麼

決策樹的基本思想
決策樹演算法是最早的機器學習演算法之一。
演算法框架
1.決策樹主函數
各種決策樹的主函數都大同小異，本質上是一個遞歸函數。該函數的主要功能是按照某種規則生長出決策樹的各個分支節點，並根據終止條件結束演算法。一般來講，主函數需要完成如下幾個功能。
（1）輸入需要分類的數據集和類別標簽
（2）根據某種分類規則得到最優的劃分特徵，並創建特徵的劃分節點--計算最優特徵子函數
（3）按照該特徵的每個取值劃分數據集為若幹部分--劃分數據集子函數
（4）根據劃分子函數的計算結果構建出新的節點，作為樹生長出的新分支
（5）檢驗是否符合遞歸的終止條件
（6）將劃分的新節點包含的數據集和類別標簽作為輸入，遞歸執行上述步驟。
2.計算最優特徵子函數
計算最優特徵子函數是除主函數外最重要的函數。每種決策樹之所以不同，一般都是因為最優特徵選擇的標准上有所差異，不同的標准導致不同類型的決策樹。如：ID3的最優特徵選擇標準是信息增益、C4.5是信息增益率、CART是節點方差的大小等。
在演算法邏輯上，一般選擇最優特徵需要遍歷整個數據集，評估每個特徵，找到最優的那一個特徵返回。
3.劃分數據集函數
劃分數據集函數的主要功能是分隔數據集，有的需要刪除某個特徵軸所在的數據列，返回剩餘的數據集；有的乾脆將數據集一分為二。
4.分類器
所有的機器學習演算法都要勇於分類或回歸預測。決策樹的分類器就是通過遍歷整個決策樹，使測試集數據找到決策樹中葉子節點對應的類別標簽。這個標簽就是返回的結果。

⑧ 為什麼決策樹是非參數學習演算法

為什麼決策樹是一種分類方法卻可以用於預測決策樹演算法是一種逼近離散函數值的方法。它是一種典型的分類方法，首先對數據進行處理，利用歸納演算法生成可讀的規則和決策樹，然後使用決策對新數據進行分析。本質上決策樹是通過一系列規則對數據進行分類的過程。