Machine Learning | (8) Scikit-learn的分类器算法-随机森林（Random Forest）

随机森林（Random Forest）

在机器学习中，随机森林（Random Forest）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。利用相同的训练数搭建多个独立的分类模型，然后通过投票的方式，以少数服从多数的原则作出最终的分类决策。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, 那么最终结果会是True.

在前面的决策当中我们提到，一个标准的决策树会根据每维特征对预测结果的影响程度进行排序，进而决定不同的特征从上至下构建分裂节点的顺序，如此以来，所有在随机森林中的决策树都会受这一策略影响而构建的完全一致，从而丧失的多样性。所以在随机森林分类器的构建过程中，每一棵决策树都会放弃这一固定的排序算法，转而随机选取特征。

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。
输入特征数目m，用于确定决策树上一个节点的决策结果；其中m应远小于M。
从N个训练用例（样本）中以有放回抽样的方式，取样N次，形成一个训练集（即bootstrap取样），并用未抽到的用例（样本）作预测，评估其误差。
对于每一个节点，随机选择m个特征，决策树上每个节点的决定都是基于这些特征确定的。根据这m个特征，计算其最佳的分裂方式。

sklearn.ensemble，集成方法模块

sklearn.ensemble提供了准确性更加好的集成方法，里面包含了主要的RandomForestClassifier(随机森林)方法。

class sklearn.ensemble.RandomForestClassifier(n_estimators=10, criterion=’gini’, max_depth=None, bootstrap=True, oob_score=False, n_jobs=1, random_state=None)
  """
  :param n_estimators：integer，optional（default = 10） 森林里的树木数量。

  :param criteria：string，可选（default =“gini”）分割特征的测量方法

  :param max_depth：integer或None，可选（默认=无）树的最大深度

  :param bootstrap：boolean，optional（default = True）是否在构建树时使用自举样本。

  """

属性

classes_：shape = [n_classes]的数组或这样的数组的列表，类标签（单输出问题）或类标签数组列表（多输出问题）。

featureimportances：array = [n_features]的数组，特征重要性（越高，功能越重要）。

方法

fit（X，y [，sample_weight]）从训练集（X，Y）构建一棵树林。
predict（X）预测X的类
score（X，y [，sample_weight]）返回给定测试数据和标签的平均精度。
decision_path（X）返回森林中的决策路径

泰坦尼克号乘客数据案例

这里我们通过决策树和随机森林对这个数据进行一个分类，判断乘客的生还。


import pandas as pd
import sklearn
from sklearn.cross_validation import train_test_split
from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.metrics import classification_report
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier, GradientBoostingClassifier


titanic = pd.read_csv('http://biostat.mc.vanderbilt.edu/wiki/pub/Main/DataSets/titanic.txt')

#选取一些特征作为我们划分的依据
x = titanic[['pclass', 'age', 'sex']]
y = titanic['survived']

# 填充缺失值
x['age'].fillna(x['age'].mean(), inplace=True)

x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, test_size=0.25)

dt = DictVectorizer(sparse=False)

print(x_train.to_dict(orient="record"))

# 按行，样本名字为键，列名也为键，[{"1":1,"2":2,"3":3}]
x_train = dt.fit_transform(x_train.to_dict(orient="record"))

x_test = dt.fit_transform(x_test.to_dict(orient="record"))

# 使用决策树
dtc = DecisionTreeClassifier()

dtc.fit(x_train, y_train)

dt_predict = dtc.predict(x_test)

print(dtc.score(x_test, y_test))

print(classification_report(y_test, dt_predict, target_names=["died", "survived"]))

# 使用随机森林

rfc = RandomForestClassifier()

rfc.fit(x_train, y_train)

rfc_y_predict = rfc.predict(x_test)

print(rfc.score(x_test, y_test))

print(classification_report(y_test, rfc_y_predict, target_names=["died", "survived"]))

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属性

方法

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