[人工智能]1W1H：决策树是什么，基本步骤

是什么

决策树，顾名思义是在模仿人类做决策时的思路。常用于决策或预测。

人在决策时，基于过往经验进行分析，就能对经验外的场景，做出判断。

这些经验，在决策树算法中就是‘特征属性’，得到的决策和判断，在算法中就称为‘类别’或者‘标签’。这个根据特征属性进行分析获得分类的过程，就是决策树模型。

比如，相亲介绍时，通过对对方的条件进行分析，比如身高、学历、工作、爱好等，是否符合自己的条件，来决定要不要和这个人见面。

其中身高、学历、工作、爱好，这4个就是算法中的 特征/属性。你要求的条件是，身高170-180，学历是研究生，工作是私企，爱好是建筑。那么属性的取值落在这些区间的，就判断为要见面，否则就不见面。见面和不见面就是决策树中的标签。

这样我们根据【（属性，属性值）+挑选规则】-就可以得到【决策结果(标签)】。

然而在实际生活中，这个挑选规则不是那么容易就能总结出来的。你可能见了很多人，有的符合你认为的条件却发现见面之后不满意，下次不希望再到这种类型的。有的不符合你的条件，但聊下来觉得很合适。也就是说你认为重要的属性，不一定真的是你所看重的。所以怎么样的挑选规则才最适合你，你自己也并不能确定。

决策树算法就是用来分析出这个‘挑选规则’。

决策树算法，是根据你以往相亲经历的数据，计算总结出你可能自己也没有发现的挑选规则。让你可以选出对决策真正有效的属性，按优先级梳理成树的样式，协助你进行判断。

算法步骤

决策树算法的目的是，根据许多个属性的值，得到一个明确的分类。也就是n个数据--》1个数据的过程。

n个数据时，你会觉得很混乱不知道怎么做出判断，衡量这种混乱程度的就称为信息熵。决策的过程就是混乱度减轻，信息熵下降的过程。

决策树算法有三个关键步骤：

1. 选择最优属性（根节点）
2. 生成决策树。（叶子节点的选择）
3. 剪枝（防止过拟合）

• 最优属性选择

决策树判断一个属性是不是当前数据集的最优属性，是依靠信息熵变化的程度来选择的。选择某个属性，依照这个属性的值，对训练集进行划分，划分后的子训练集的信息熵之和，相比未分割前的数据集信息熵，下降最多的，就是当前的最优属性。

• 决策树生成

选取最优属性后，根据此属性的取值，对原始数据集划分，得到子数据集，再将每个子数据集当作完整数据集，迭代进行最优属性的选取，直到数据集中样本都是同一个分类标签时，决策树生成过程结束。

有时根据场景业务需求的不同，也不要求数据集分割到无法再分类的程度，而是指定迭代的次数，即决策树到第几层就不再分割了，直接把当前叶子数据集中数量最多的分类标签作为叶子节点。这是不同的停止规则。

而决策树的三种常见算法，则是根据选择最优属性时计算的信息熵函数不同划分的。ID3 是根据信息熵，C4.5是根据信息增益率。CART是采用了基尼Gini系数。

• 剪枝

剪枝是把通过训练集得到的决策树，切掉一些叶子节点，一方面可以减少判决步骤，提高判决效率。但更主要的是，防决策树模型对训练集数据过拟合。

过拟合会导致对测试集数据判决准确率低，也就是说使用这棵决策时实际进行预测时，结果不可靠。

过拟合是指，模型太贴合训练数据集，被一些特例影响，而丧失了泛化能力。无法移植到更普通常见的数据判决中。

预防过拟合可以通过 优化数据集，或者优化决策树进行。

• 优化数据集，就是训练数据集中的数据要包含对各个场景考虑全面，正常异常情况符合实际发生概率，尽可能达到完美覆盖。
• 优化决策树，就是指的剪枝。

剪枝是减掉一些特征属性节点。根据剪枝的流程次序不同，分为预剪枝和后剪枝。

预剪枝就是在生成决策树的同时衡量，这个节点要不要去掉。

后剪枝是指，决策树已经生成之后，再自下而上地计算，可以去掉哪些节点。

判断一个节点是否要去掉的方法是：将减掉节点前后的两棵决策树模型，分别用在测试集数据上，对比两者的准确率。

如果剪掉后测试集数据的预测准确率明显改善，那么就减掉该节点。用该属性节点下样本数据集中出现概率最大的类别，做为叶子节点代替原本属性节点的位置。

由于决策树算法，无法兼顾属性之间的关联性。如果在决策树生成之前就进行剪枝，也有可能会导致决策树欠拟合。因而后剪枝比预剪枝的拟合性能要好一点，对应的，后剪枝因为计算点更多，需要更大时间开销。

以上是基于自己的理解，对决策树算法的描述。如有不正确的地方，敬请指正。

下面是讲解非常优秀的决策树系列文章，无论是原理还是例子都很清晰到位。放在这里供参考：

决策树（decision tree）(一)——构造决策树方法_天泽28的专栏-CSDN博客_决策树

决策树（decision tree）(二)——剪枝_天泽28的专栏-CSDN博客_决策树剪枝

决策树（decision tree）(三)——连续值处理_天泽28的专栏-CSDN博客_决策树连续变量的处理

决策树（decision tree）（四）——缺失值处理_天泽28的专栏-CSDN博客_决策树缺失值的处理

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