Cart文字分類演算法原理和例子

2021-06-27 11:08:57 字數 2462 閱讀 1625

id3使用資訊增益作為屬性選擇標準,c4.5使用資訊增益率作為屬性選擇標準。cart演算法使用gini係數來度量對某個屬性變數測試輸出的狼族取值的差異性,理想的分組應該盡量使兩組中樣本輸出變數的差異性總和達到最小,即「純度」最大,也就是是兩組輸出變數取值的差異性下降最快,「純度」增加最快。

設t為分類回歸樹中的某個節點,稱函式

為gini係數,k為當前屬性下測試輸出的類別數,p(j|t)為節點t中樣本測試輸出取類別j的概率。對節點t而言,g(t)越小,意味著該節點中所包含的樣本越集中在某一類上,即該節點越純,否則說明越不純,差異性就越大。當節點樣本的測試輸出均取同一類別值時,輸出變數取值的差異性最小,gini係數為0,而當各類別取概率值相等時,測試輸出取值的差異性最大,gini係數也最大,為1-(1/k),其中k為目標變數的類別數。

設t為乙個節點,§為該節點的乙個屬性分枝條件,該分支條件將該節點t中樣本分別到左分支sl和右分支sr中,則稱

為在分支條件下節點t的差異性損失,其中,g(t)為劃分前測試輸出的gini係數,|sr|和|sl|分辨表示劃分後的左右分支的樣本個數。為了使節點t盡可能的純,我們需要選擇某個屬性分支條件,使該節點的差異性宣誓盡可能大。

(2)對於分型別屬性,由於cart只能建立二叉樹,對於多個量值得屬性變數,需要將多類別合併成兩個類別,形成「超類」,然後計算兩「超類」,然後計算兩「超類」下樣本測試輸出取值的差異性。

對於數值型屬性,方法就是將資料按公升序排序,然後從小到大一次以相鄰數值的中間值作為分隔,將樣本分為兩組,並計算所得組中樣本測試輸出取值的差異性。

cart演算法的基本描述

函式名:cart(s,f)

輸入:樣本集資料s,屬性集合f

輸出:cart樹

(1)  if 樣本s全部屬於同一類別c,then

(2)  建立乙個葉節點,並標記類標號c;

(3)   return;

(4)  else

(5)    計算屬性集合f中每乙個屬性劃分的差異性損失,假定差異性損失罪的大屬性為a建立節點,取屬性a為該節點的決策屬性;

(6)  以屬性a劃分s得到s1和s2兩個子集

(7)  遞迴呼叫cart(s1,f);

(8)  遞迴呼叫cart(s2,f);

例子

首先對資料集非類標號屬性分別計算他們的差異性損失,取差異性損失最大的屬性作為決策樹的根節點屬性。

根節點的gini係數

對於婚姻狀況屬性

屬性婚姻狀況有三個可能的取值,分別計算劃分後的超/,/,/的差異性損失

(1)當分組為/時,sl表示婚姻狀況取值為married的分組,sr表示婚姻狀況取值為single或者divorce的分組

(2)對於分組/

(3)對於/分組

根據計算結果,屬性婚姻狀況劃分根節點時取差異性最大的分組作為劃分結果

對於年收入屬性

對於年收入屬性為數值型屬性,首先需要對資料按公升序排序,然後從小到大一次以相鄰值的中間值作為分隔將樣本劃分為兩組

下面僅僅介紹中間值65作為分割點。sl作為年

收入小於65的樣本,sr表示年收入大於等於65的樣本

根據計算知道,三個屬性劃分根節點差異性損失最大的有2個:年收入屬性和婚姻狀況,他們的差異性損失都為0.12.此時,選取首先出現的屬性作為第一次劃分

第二遍採用同樣的方法,分別計算剩下屬性

根節點的gini係數為

6指的是single或者divorced的數目,3就是是否貸款的數目no和yes

對於是否有房屬性

對於年收入屬性

最後得出的cart樹

**實現

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