如何用python实现随机森林分类

2023-02-27 00:27:02Python015

如何用python实现随机森林分类,第1张

大家如何使用scikit-learn包中的类方法来进行随机森林算法的预测。其中讲的比较好的是各个参数的具体用途。

这里我给出我的理解和部分翻译：

参数说明：

最主要的两个参数是n_estimators和max_features。

n_estimators：表示森林里树的个数。理论上是越大越好。但是伴随着就是计算时间的增长。但是并不是取得越大就会越好，预测效果最好的将会出现在合理的树个数。

max_features：随机选择特征集合的子集合，并用来分割节点。子集合的个数越少，方差就会减少的越快，但同时偏差就会增加的越快。根据较好的实践经验。如果是回归问题则：

max_features＝n_features，如果是分类问题则max_features＝sqrt(n_features)。

如果想获取较好的结果，必须将max_depth＝None,同时min_sample_split=1。

同时还要记得进行cross_validated（交叉验证），除此之外记得在random forest中，bootstrap=True。但在extra-trees中，bootstrap=False。

这里也给出一篇老外写的文章：调整你的随机森林模型参数http://www.analyticsvidhya.com/blog/2015/06/tuning-random-forest-model/　

这里我使用了scikit-learn自带的iris数据来进行随机森林的预测：

[python] view plain copy

from sklearn.tree import DecisionTreeRegressor

from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor

import numpy as np

from sklearn.datasets import load_iris

iris=load_iris()

#print iris#iris的4个属性是：萼片宽度　萼片长度　花瓣宽度　花瓣长度　标签是花的种类：setosa versicolour virginica

print iris['target'].shape

rf=RandomForestRegressor()#这里使用了默认的参数设置

rf.fit(iris.data[:150],iris.target[:150])#进行模型的训练

#随机挑选两个预测不相同的样本

instance=iris.data[[100,109]]

print instance

print 'instance 0 prediction；',rf.predict(instance[0])

print 'instance 1 prediction；',rf.predict(instance[1])

print iris.target[100],iris.target[109]

返回的结果如下：

(150,)

[[ 6.3 3.3 6. 2.5]

[ 7.2 3.6 6.1 2.5]]

instance 0 prediction； [ 2.]

instance 1 prediction； [ 2.]

2 2

在这里我有点困惑，就是在scikit-learn算法包中随机森林实际上就是一颗颗决策树组成的。但是之前我写的决策树博客中是可以将决策树给显示出来。但是随机森林却做了黑盒处理。我们不知道内部的决策树结构，甚至连父节点的选择特征都不知道是谁。所以我给出下面的代码（这代码不是我的原创），可以显示的显示出所有的特征的贡献。所以对于贡献不大的，甚至是负贡献的我们可以考虑删除这一列的特征值，避免做无用的分类。

[python] view plain copy

from sklearn.cross_validation import cross_val_score, ShuffleSplit

X = iris["data"]

Y = iris["target"]

names = iris["feature_names"]

rf = RandomForestRegressor()

scores = []

for i in range(X.shape[1]):

score = cross_val_score(rf, X[:, i:i+1], Y, scoring="r2",

cv=ShuffleSplit(len(X), 3, .3))

scores.append((round(np.mean(score), 3), names[i]))

print sorted(scores, reverse=True)

显示的结果如下：

[(0.934, 'petal width (cm)'), (0.929, 'petal length (cm)'), (0.597, 'sepal length (cm)'), (0.276, 'sepal width (cm)')]

这里我们会发现petal width、petal length这两个特征将起到绝对的贡献，之后是sepal length，影响最小的是sepal width。这段代码将会提示我们各个特征的贡献，可以让我们知道部分内部的结构。

随机森林是以决策树为基础的一种更高级的算法。随机森林可用于回归也可以用于分类。它的工作原理是生成多个分类器/模型，各自独立地学习和作出预测。最后对这些预测进行集成，因此优于任何一个单分类的做出预测，是一种优秀的机器学习模型。

之所以你没能学习到有效的模型，可能是你的数据中的因子与预测指标的关联强度不够，因此学习到的是常数模型，也有可能是数据的处理流程或者模型的使用方法不对。网页链接这个网址上的课程完整讲解了随机森林算法的使用，希望对你有帮助

随机森林（Random forest）指的是利用多棵树对样本进行训练并预测的一种分类器。并且其输出的类别是由个别树输出的类别的众数而定。在机器学习中有一个地位很重要的包scikit-learn可实现随机森林算法。

原理：（随机森林的分类预测和回归预测sklearn.ensemble.RandomForestRegressor方法）

(1)给定训练集S，测试集T，特征维数F。确定参数：使用到的CART的数量t，每棵树的深度d，每个节点使用到的特征数量f，终止条件：节点上最少样本数s，节点上最少的信息增益m，对于第1-t棵树，i=1-t：

(2)从S中有放回的抽取大小和S一样的训练集S(i)，作为根节点的样本，从根节点开始训练

(3)如果当前节点上达到终止条件，则设置当前节点为叶子节点，如果是分类问题，该叶子节点的预测输出为当前节点样本集合中数量最多的那一类c(j)，概率p为c(j)占当前样本集的比例；如果是回归问题，预测输出为当前节点样本集各个样本值的平均值。然后继续训练其他节点。如果当前节点没有达到终止条件，则从F维特征中无放回的随机选取f维特征。利用这f维特征，寻找分类效果最好的一维特征k及其阈值th，当前节点上样本第k维特征小于th的样本被划分到左节点，其余的被划分到右节点。继续训练其他节点。

(4)重复(2)(3)直到所有节点都训练过了或者被标记为叶子节点。

(5)重复(2),(3),(4)直到所有CART都被训练过。

随机森林的简单实现过程如下：

一、开发环境、编译环境：

PyCharm Community Edition 2016.2.3

Python2.7.10

二、所用库及安装方法：

pandas[python自带]

sklearn：命令行pip install sklearn如果没有安装pip,先使用easy_install pip安装pip；如果在MAC上没有权限，使用sudo pip install sklearn

三、代码介绍

1. 使用pandas读取本地excel的训练集和测试集，将属性集赋给X_train和Y_train将要预测的集合赋给X_test和Y_test

2. 使用DictVectorizer对数据进行规范化、标准化