随机森林基于什么算法（随机森林属于什么算法）

大家好！今天让创意岭的小编来大家介绍下关于随机森林基于什么算法的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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本文目录:

• 1、随机森林预测结果应该出来啥

• 2、什么是随机森林

• 3、分类算法 - 随机森林

• 4、随机森林模型(RF)

一、随机森林预测结果应该出来啥

随机森林基于决策树，随机森林既对数据随机抽样N次，训练N颗决策树最后对结果求平均值，所以想了解随机森林，只需了解决策树即可。

从直观角度来解释，每棵决策树都是一个分类器（假设现在针对的是分类问题），那么对于一个输入样本，N棵树会有N个分类结果。而随机森林集成了所有的分类投票结果，将投票次数最多的类别指定为最终的输出，这就是一种最简单的 Bagging 思想。

决策树基于观测到的数据的概率，直观的建立起决策规则，是一种简单、非线性、符合认知的无参数分类(回归)的方法。

随机森林有一个重要的优点就是，没有必要对它进行交叉验证或者用一个独立的测试集来获得误差的一个无偏估计。它可以在内部进行评估，也就是说在生成的过程中就可以对误差建立一个无偏估计。

我们知道，在构建每棵树时，我们对训练集使用了不同的bootstrap sample（随机且有放回地抽取）。所以对于每棵树而言（假设对于第k棵树），大约有1/3的训练实例没有参与第k棵树的生成，它们称为第k棵树的oob样本。

而这样的采样特点就允许我们进行oob估计，它的计算方式如下：对每个样本，计算它作为oob样本的树对它的分类情况（约1/3的树）；然后以简单多数投票作为该样本的分类结果；最后用误分个数占样本总数的比率作为随机森林的oob误分率。

oob误分率是随机森林泛化误差的一个无偏估计，它的结果近似于需要大量计算的k折交叉验证。

介绍

作为新兴起的、高度灵活的一种机器学习算法，随机森林（Random Forest，简称RF）拥有广泛的应用前景，从市场营销到医疗保健保险，既可以用来做市场营销模拟的建模，统计客户来源，保留和流失，也可用来预测疾病的风险和病患者的易感性。

最初，我是在参加校外竞赛时接触到随机森林算法的。最近几年的国内外大赛，包括2013年百度校园电影推荐系统大赛、2014年阿里巴巴天池大数据竞赛以及Kaggle数据科学竞赛，参赛者对随机森林的使用占有相当高的比例。

二、什么是随机森林

Bagging是 bootstrap aggregating 。思想就是从总体样本当中 随机取一部分样本进行训练，通过多次这样的结果，进行投票获取平均值作为结果输出 ，这就极大可能的 避免了不好的样本数据，从而提高准确度 。因为有些是不好的样本，相当于噪声，模型学入噪声后会使准确度不高。Bagging降低 Variance ，因此采用的都是强学习器。

举个例子 ：

假设有1000个样本，如果按照以前的思维，是直接把这1000个样本拿来训练，但现在不一样，先抽取800个样本来进行训练，假如噪声点是这800个样本以外的样本点，就很有效的避开了。重复以上操作，提高模型输出的平均值。

Random Forest(随机森林)是 一种基于树模型的Bagging的优化版本 ，一棵树的生成肯定还是不如多棵树，因此就有了随机森林，解决 决策树泛化能力弱的 特点。(可以理解成三个臭皮匠顶过诸葛亮)

而同一批数据，用同样的算法只能产生一棵树，这时Bagging策略可以 帮助我们产生不同的数据集 。 Bagging 策略来源于bootstrap aggregation：从样本集（假设样本集N个数据点）中重采样选出Nb个样本（有放回的采样，样本数据点个数仍然不变为N），在所有样本上，对这n个样本建立分类器（ID3C4.5CARTSVMLOGISTIC）， 重复以上两步m次，获得m个分类器 ，最后根据这m个分类器的投票结果，决定数据属于哪一类。

每棵树的按照如下规则生成：

一开始我们提到的随机森林中的“随机”就是指的这里的两个随机性。两个随机性的引入对随机森林的分类性能至关重要。由于它们的引入，使得随机森林 不容易陷入过拟合，并且具有很好得抗噪能力 （比如：对缺省值不敏感）。

总的来说就是随机选择样本数，随机选取特征，随机选择分类器，建立多颗这样的决策树，然后通过这几课决策树来投票，决定数据属于哪一类( 投票机制有一票否决制、少数服从多数、加权多数 )

减小 特征选择个数m，树的相关性和分类能力也会相应的降低 ；增大m，两者也会随之增大。所以关键问题是 如何选择最优的m （或者是范围），这也是随机森林唯一的一个参数。

优点：

缺点：

根据随机森林创建和训练的特点，随机森林对缺失值的处理还是比较特殊的。

其实，该缺失值填补过程类似于推荐系统中采用协同过滤进行评分预测，先计算缺失特征与其他特征的相似度，再加权得到缺失值的估计，而随机森林中计算相似度的方法（数据在决策树中一步一步分类的路径）乃其独特之处。

OOB ：

上面我们提到，构建随机森林的关键问题就是 如何选择最优的m ，要解决这个问题主要依据计算 袋外错误率oob error（out-of-bag error） 。

bagging方法中Bootstrap每次约有 1/3的样本不会出现在Bootstrap所采集的样本集合中 ，当然也就没有参加决策树的建立，把这1/3的数据称为 袋外数据oob（out of bag） ,它可以用于 取代测试集误差估计方法 。

袋外数据(oob)误差的计算方法如下：

优缺点 ：

这已经经过证明是 无偏估计的 ,所以在随机森林算法中 不需要再进行交叉验证或者单独的测试集来获取测试集误差 的无偏估计。

三、分类算法 - 随机森林

上次我写了决策树算法，决策树可以解决分类问题，也有CART算法可以解决回归问题，而随机森林也和决策树非常类似，采用了CART算法来生成决策树，因此既可以解决分类问题，也可以解决回归问题。从名字中可以看出，随机森林是用随机的方式构建的一个森林，而这个森林是由很多的相互不关联的决策树组成。实时上随机森林从本质上属于机器学习的一个很重要的分支叫做集成学习。集成学习通过建立几个模型组合的来解决单一预测问题。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。这些预测最后结合成单预测，因此优于任何一个单分类的做出预测。

所以理论上，随机森林的表现一般要优于单一的决策树，因为随机森林的结果是通过多个决策树结果投票来决定最后的结果。简单来说，随机森林中每个决策树都有一个自己的结果，随机森林通过统计每个决策树的结果，选择投票数最多的结果作为其最终结果。我觉得中国一句谚语很形象的表达了随机森林的运作模式，就是“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”。

我有一批100条的数据，通过颜色、长度、甜度、生长地方和水果类别，那么我要预测在某种颜色、长度、甜度和生长地方的水果究竟是什么水果，随机森林要怎么做呢？

这里的抽样是指的在这批水果中，有放回地抽样，比如我要生成3个决策树来预测水果种类，那么每棵树要抽样50条数据来生成，每棵树抽取数据后数据要放回，下一棵树抽取数据仍然要从100条数据里面抽取。这种方法就叫做 bootstrap重采样技术 。

每棵树利用抽取的样本生成一棵树，值得注意的是，由于采用的是CART算法，因此生成的是二叉树，并且可以处理连续性数据。如果每个样本的特征维度为M，像以上提到的数据，样本特征维度5，指定一个常数m<<M，随机地从5个特征中选取m个特征子集 （这一点非常重要，这也是随机森林的随机这个名字的来源，因此这样才能保证生成的决策树不同） ，每次树进行分裂时，从这m个特征中选择最优的，并且每棵决策树都最大可能地进行生长而不进行剪枝。

此时，一颗茂盛的决策树就生成了。

根据3颗决策树的结果，如果是连续型的数据最终需要求均值获得结果，如果是分类型的数据最后求众数获得结果。

1）正如上文所述，随机森林算法能解决分类与回归两种类型的问题，并在这两个方面都有相当好的估计表现

2）随机森林对于高维数据集的处理能力令人兴奋，它可以处理成千上万的输入变量，并确定最重要的变量，因此被认为是一个不错的降维方法。此外，该模型能够输出变量的重要性程度，这是一个非常便利的功能

3）在对缺失数据进行估计时，随机森林是一个十分有效的方法。就算存在大量的数据缺失，随机森林也能较好地保持精确性

4）当存在分类不平衡的情况时，随机森林能够提供平衡数据集误差的有效方法

5）模型的上述性能可以被扩展运用到未标记的数据集中，用于引导无监督聚类、数据透视和异常检测

6）随机森林算法中包含了对输入数据的重复自抽样过程，即所谓的bootstrap抽样。这样一来，数据集中大约三分之一将没有用于模型的训练而是用于测试，这样的数据被称为out of bag samples，通过这些样本估计的误差被称为out of bag error。研究表明，这种out of bag方法的与测试集规模同训练集一致的估计方法有着相同的精确程度，因此在随机森林中我们无需再对测试集进行另外的设置。

1）随机森林在解决回归问题时并没有像它在分类中表现的那么好，这是因为它并不能给出一个连续型的输出。当进行回归时，随机森林不能够作出超越训练集数据范围的预测，这可能导致在对某些还有特定噪声的数据进行建模时出现过度拟合。

2）对于许多统计建模者来说，随机森林给人的感觉像是一个黑盒子——你几乎无法控制模型内部的运行，只能在不同的参数和随机种子之间进行尝试。

四、随机森林模型(RF)

        集成学习通过构建多个学习器，将结果进行整合，已获得比单一学习器更好的泛化性能。目前集成学习方法分类两类，一类的Boosting算法，学习器之间有较强的依赖关系，串行学习；另一类是Bagging算法，学习器之间无依赖关系，可以并行学习，随机森林(Random Forest,RF)是典型的Bagging集成学习算法。

        Bagging是“Bootstrap aggregation”的简写，代表一种自主采样法：从原始数据集中，有放回地重采样n个样本，形成一个新的数据集；假设每个样本的维度是a,，再随机抽取k个特征训练一个决策树；以上两步重复m次，就得到随机森林模型(m个决策树)，最终通过投票的方式得到最终预测结果。

        Bagging算法是一种集合模型训练的框架，通过多次抽样训练多个弱学习器，集合弱学习器(弱学习器低偏差，高方差)的结果提高模型的泛化能力。如果弱学习器是决策树，多个决策树模型就构成随机森林，弱学习器还可以是其他学习器。

        决策树属于非参数学习算法，可用于解决分类和回归的问题。回归问题的结果是叶子结点的样本平均值。

决策树的构建步骤主要分为三部分：

        在随机森林中计算某个特征X的重要性，方法如下:

（1）对于随机森林中的每一棵树，使用响应的（OOB）袋外数据计算分类误差，记为errOOB1。

（2）随机将袋外数据所有样本的特征X加入噪声（随机改变特征X 的取值），再次计算分类误差，记为errOOB2。

（3）假设随机森林有N棵树，特征X的重要性为 .。若给某个特征加入噪声后，袋外数据的准确性大幅下降后，说明该特征重要程度比较高。

(如有不同见解，望不吝赐教!!!)

以上就是关于随机森林基于什么算法相关问题的回答。希望能帮到你，如有更多相关问题，您也可以联系我们的客服进行咨询，客服也会为您讲解更多精彩的知识和内容。

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