Python中决策树的剪枝方法及其实现

2023-04-14 00:00:00 方法 剪枝 决策树
  1. 剪枝方法
    决策树的剪枝方法主要有预剪枝和后剪枝两种方式。
    预剪枝:在决策树构建的过程中,当节点满足一定的条件时就停止分裂,将其标记为叶子节点。预剪枝的缺点是不能完全发挥决策树的分类能力,如果止损过早,就会出现欠拟合的情况。
    后剪枝:在决策树构建完成后,对树进行修剪,将一些叶子节点剪去,将其转化为非叶子节点。后剪枝的优点是可以充分利用决策树的分类能力,但是缺点是剪枝的效果受到数据集的影响。
  2. 实现代码
    以下是Python中基于后剪枝的决策树剪枝方法的实现:
# 定义后剪枝函数
def post_pruning(decision_tree, X_train, y_train, X_val, y_val):
    if decision_tree is None:
        return None
    if isinstance(decision_tree, Leaf):
        return decision_tree
    left_subtree = decision_tree.left
    right_subtree = decision_tree.right
    # 递归查找左右子树
    left_subtree = post_pruning(left_subtree, X_train, y_train, X_val, y_val)
    right_subtree = post_pruning(right_subtree, X_train, y_train, X_val, y_val)
    # 如果左右子树都是叶子节点,进行剪枝操作
    if isinstance(left_subtree, Leaf) and isinstance(right_subtree, Leaf):
        clf = DecisionTreeClassifier()
        clf.fit(X_train, y_train)
        acc_before_pruning = accuracy_score(y_val, clf.predict(X_val))
        merged_subtree = Leaf(left_subtree.most_common_class())
        acc_after_pruning = accuracy_score(y_val, predict(most_common_class(X_val, merged_subtree)))
        if acc_after_pruning > acc_before_pruning:
            return merged_subtree
    return decision_tree

上述代码就是一个基于后剪枝的决策树剪枝方法的实现。在剪枝过程中,首先递归查找左右子树,然后判断左右子树是否都是叶子节点,如果是则进行剪枝操作。剪枝操作包括定义新的分类器,拟合训练数据,计算剪枝前和剪枝后的准确率,如果剪枝后的准确率高于剪枝前的准确率,则进行剪枝操作。
在实际运用中,我们可以使用sklearn中的DecisionTreeClassifier()方法来构建决策树,并使用accuracy_score()方法计算准确率。

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