
1.用party包構建決策樹
以iris數據集為例。
用ctree()建立決策樹,用predict()對新數據進行預測。
訓練集與測試集劃分:
[ruby] view plain copy
> str(iris)
'data.frame': 150 obs. of 5 variables:
$ Sepal.Length: num 5.1 4.9 4.7 4.6 5 5.4 4.6 5 4.4 4.9 ...
$ Sepal.Width : num 3.5 3 3.2 3.1 3.6 3.9 3.4 3.4 2.9 3.1 ...
$ Petal.Length: num 1.4 1.4 1.3 1.5 1.4 1.7 1.4 1.5 1.4 1.5 ...
$ Petal.Width : num 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1 ...
$ Species : Factor w/ 3 levels "setosa","versicolor",..: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ...
> set.seed(1234)
> ind <- sample(2, nrow(iris), replace=TRUE, prob=c(0.7, 0.3))
> trainData <- iris[ind==1,]
> testData <- iris[ind==2,]
用默認參數來建立決策樹:
[ruby] view plain copy
> library(party)
> myFormula <- Species ~ Sepal.Length + Sepal.Width + Petal.Length + Petal.Width
> iris_ctree <- ctree(myFormula, data=trainData)
> # check the prediction
> table(predict(iris_ctree), trainData$Species)
setosa versicolor virginica
setosa 40 0 0
versicolor 0 37 3
virginica 0 1 31
輸出規則并繪制已構建好的決策樹以便查看。
[ruby] view plain copy
> print(iris_ctree)
Conditional inference tree with 4 terminal nodes
Response: Species
Inputs: Sepal.Length, Sepal.Width, Petal.Length, Petal.Width
Number of observations: 112
1) Petal.Length <= 1.9; criterion = 1, statistic = 104.643
2)* weights = 40
1) Petal.Length > 1.9
3) Petal.Width <= 1.7; criterion = 1, statistic = 48.939
4) Petal.Length <= 4.4; criterion = 0.974, statistic = 7.397
5)* weights = 21
4) Petal.Length > 4.4
6)* weights = 19
3) Petal.Width > 1.7
7)* weights = 32
> plot(iris_ctree)
> # 圖略
[ruby] view plain copy
> plot(iris_ctree, type="simple")
[ruby] view plain copy
> #圖略
用測試集對構建好的決策樹進行測試:
[ruby] view plain copy
> # predict on test data
> testPred <- predict(iris_ctree, newdata = testData)
> table(testPred, testData$Species)
testPred setosa versicolor virginica
setosa 10 0 0
versicolor 0 12 2
virginica 0 0 14
幾點值得注意的地方:
① ctree()不能很好地處理缺失值,含有缺失值的觀測有時被劃分到左子樹,有時劃到右子樹,這是由缺失值的替代規則決定的。
② 訓練集和測試集需出自同一個數據集,即它們的表結構、含有的變量要一致,無論決策樹最終是否用到了全部的變量。
③ 如果訓練集和測試集的分類變量的水平值不一致,對測試集的預測會識別。解決此問題的方法是根據測試集中的分類變量的水平值顯式地設置訓練數據。
2.用rpar包構建決策樹
以bodyfat數據集為例。用rpart()構建決策樹,允許選擇具有最小預測誤差的決策樹,再使用predict()對新數據進行預測。
首先查看數據:
[ruby] view plain copy
> data("bodyfat", package = "TH.data")
> dim(bodyfat)
[1] 71 10
> attributes(bodyfat)
$names
[1] "age" "DEXfat" "waistcirc" "hipcirc" "elbowbreadth"
[6] "kneebreadth" "anthro3a" "anthro3b" "anthro3c" "anthro4"
$row.names
[1] "47" "48" "49" "50" "51" "52" "53" "54" "55" "56" "57" "58" "59" "60"
[15] "61" "62" "63" "64" "65" "66" "67" "68" "69" "70" "71" "72" "73" "74"
[29] "75" "76" "77" "78" "79" "80" "81" "82" "83" "84" "85" "86" "87" "88"
[43] "89" "90" "91" "92" "93" "94" "95" "96" "97" "98" "99" "100" "101" "102"
[57] "103" "104" "105" "106" "107" "108" "109" "110" "111" "112" "113" "114" "115" "116"
[71] "117"
$class
[1] "data.frame"
> bodyfat[1:5,]
age DEXfat waistcirc hipcirc elbowbreadth kneebreadth anthro3a anthro3b anthro3c
47 57 41.68 100.0 112.0 7.1 9.4 4.42 4.95 4.50
48 65 43.29 99.5 116.5 6.5 8.9 4.63 5.01 4.48
49 59 35.41 96.0 108.5 6.2 8.9 4.12 4.74 4.60
50 58 22.79 72.0 96.5 6.1 9.2 4.03 4.48 3.91
51 60 36.42 89.5 100.5 7.1 10.0 4.24 4.68 4.15
anthro4
47 6.13
48 6.37
49 5.82
50 5.66
51 5.91
訓練集與測試集劃分,和模型訓練:
[ruby] view plain copy
> set.seed(1234)
> ind <- sample(2, nrow(bodyfat), replace=TRUE, prob=c(0.7, 0.3))
> bodyfat.train <- bodyfat[ind==1,]
> bodyfat.test <- bodyfat[ind==2,]
> # train a decision tree
> library(rpart)
> myFormula <- DEXfat ~ age + waistcirc + hipcirc + elbowbreadth + kneebreadth
> bodyfat_rpart <- rpart(myFormula, data = bodyfat.train,
+ control = rpart.control(minsplit = 10))
> attributes(bodyfat_rpart)
$names
[1] "frame" "where" "call"
[4] "terms" "cptable" "method"
[7] "parms" "control" "functions"
[10] "numresp" "splits" "variable.importance"
[13] "y" "ordered"
$xlevels
named list()
$class
[1] "rpart"
> print(bodyfat_rpart$cptable)
CP nsplit rel error xerror xstd
1 0.67272638 0 1.00000000 1.0194546 0.18724382
2 0.09390665 1 0.32727362 0.4415438 0.10853044
3 0.06037503 2 0.23336696 0.4271241 0.09362895
4 0.03420446 3 0.17299193 0.3842206 0.09030539
5 0.01708278 4 0.13878747 0.3038187 0.07295556
6 0.01695763 5 0.12170469 0.2739808 0.06599642
7 0.01007079 6 0.10474706 0.2693702 0.06613618
8 0.01000000 7 0.09467627 0.2695358 0.06620732
> print(bodyfat_rpart)
n= 56
node), split, n, deviance, yval
* denotes terminal node
1) root 56 7265.0290000 30.94589
2) waistcirc< 88.4 31 960.5381000 22.55645
4) hipcirc< 96.25 14 222.2648000 18.41143
8) age< 60.5 9 66.8809600 16.19222 *
9) age>=60.5 5 31.2769200 22.40600 *
5) hipcirc>=96.25 17 299.6470000 25.97000
10) waistcirc< 77.75 6 30.7345500 22.32500 *
11) waistcirc>=77.75 11 145.7148000 27.95818
22) hipcirc< 99.5 3 0.2568667 23.74667 *
23) hipcirc>=99.5 8 72.2933500 29.53750 *
3) waistcirc>=88.4 25 1417.1140000 41.34880
6) waistcirc< 104.75 18 330.5792000 38.09111
12) hipcirc< 109.9 9 68.9996200 34.37556 *
13) hipcirc>=109.9 9 13.0832000 41.80667 *
7) waistcirc>=104.75 7 404.3004000 49.72571 *
繪制決策樹圖形:
[ruby] view plain copy
> plot(bodyfat_rpart)
> text(bodyfat_rpart, use.n=T)
> #圖略
選擇具有最小預測誤差的決策樹:
[ruby] view plain copy
> opt <- which.min(bodyfat_rpart$cptable[,"xerror"])
> cp <- bodyfat_rpart$cptable[opt, "CP"]
> bodyfat_prune <- prune(bodyfat_rpart, cp = cp)
> print(bodyfat_prune)
n= 56
node), split, n, deviance, yval
* denotes terminal node
1) root 56 7265.02900 30.94589
2) waistcirc< 88.4 31 960.53810 22.55645
4) hipcirc< 96.25 14 222.26480 18.41143
8) age< 60.5 9 66.88096 16.19222 *
9) age>=60.5 5 31.27692 22.40600 *
5) hipcirc>=96.25 17 299.64700 25.97000
10) waistcirc< 77.75 6 30.73455 22.32500 *
11) waistcirc>=77.75 11 145.71480 27.95818 *
3) waistcirc>=88.4 25 1417.11400 41.34880
6) waistcirc< 104.75 18 330.57920 38.09111
12) hipcirc< 109.9 9 68.99962 34.37556 *
13) hipcirc>=109.9 9 13.08320 41.80667 *
7) waistcirc>=104.75 7 404.30040 49.72571 *
> plot(bodyfat_prune)
> text(bodyfat_prune, use.n=T)
> #圖略
用決策樹模型進行預測,并與實際值進行對比。圖中abline()繪制了一條對角線。一個好的預測模型,絕大多數的點應該落在對角線上或者越接近對角線越好。
[ruby] view plain copy
> DEXfat_pred <- predict(bodyfat_prune, newdata=bodyfat.test)
> xlim <- range(bodyfat$DEXfat)
> plot(DEXfat_pred ~ DEXfat, data=bodyfat.test, xlab="Observed",
+ ylab="Predicted", ylim=xlim, xlim=xlim)
> abline(a=0, b=1)
[ruby] view plain copy
> #圖略
3.隨機森林
以iris數據集為例。
使用randomForest()存在兩個限制:第一個是該函數不能處理帶有缺失值的數據,要事先對缺失值進行處理;第二是分類屬性的水平劃分數量最大值為32,大于32的分類屬性需要事先轉換。
另一種是使用party包中的cforest(),該函數沒有限定分類屬性的水平劃分數。
訓練集和測試集劃分:
[ruby] view plain copy
> ind <- sample(2, nrow(iris), replace=TRUE, prob=c(0.7, 0.3))
> trainData <- iris[ind==1,]
> testData <- iris[ind==2,]
訓練隨機森林模型:
[ruby] view plain copy
> library(randomForest)
> rf <- randomForest(Species ~ ., data=trainData, ntree=100, proximity=TRUE)
> table(predict(rf), trainData$Species)
setosa versicolor virginica
setosa 36 0 0
versicolor 0 31 1
virginica 0 1 35
> print(rf)
Call:
randomForest(formula = Species ~ ., data = trainData, ntree = 100, proximity = TRUE)
Type of random forest: classification
Number of trees: 100
No. of variables tried at each split: 2
OOB estimate of error rate: 1.92%
Confusion matrix:
setosa versicolor virginica class.error
setosa 36 0 0 0.00000000
versicolor 0 31 1 0.03125000
virginica 0 1 35 0.02777778
> attributes(rf)
$names
[1] "call" "type" "predicted" "err.rate"
[5] "confusion" "votes" "oob.times" "classes"
[9] "importance" "importanceSD" "localImportance" "proximity"
[13] "ntree" "mtry" "forest" "y"
[17] "test" "inbag" "terms"
$class
[1] "randomForest.formula" "randomForest"
根據生成的隨機森林中不同的樹來繪制誤差率:
[ruby] view plain copy
> plot(rf)
> #圖略
查看變量重要性:
[ruby] view plain copy
> importance(rf)
MeanDecreaseGini
Sepal.Length 6.485090
Sepal.Width 1.380624
Petal.Length 32.498074
Petal.Width 28.250058
> varImpPlot(rf)
> #圖略
最后使用測試集進行測試,用table()和margin()查看結果。圖中數據點的邊距為正確分類的比例減去被歸到其他類別的最大比例。一般來說,邊距為正數說明該數據點劃分正確。
[ruby] view plain copy
> irisPred <- predict(rf, newdata=testData)
> table(irisPred, testData$Species)
irisPred setosa versicolor virginica
setosa 14 0 0
versicolor 0 17 3
virginica 0 1 11
> plot(margin(rf, testData$Species))
[ruby] view plain copy
> #圖略
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