机器学习之集成学习(五)GBDT算法scikit-learn库

参考:http://www.cnblogs.com/pinard/p/6143927.html

一、GBDT类库概述

        在scikit-learn中,GradientBoostingClassifier为GBDT的分类类, 而GradientBoostingRegressor为GBDT的回归类。两者的参数类型完全相同,当然有些参数比如损失函数loss的可选择项并不相同。这些参数中,类似于Adaboost,把重要参数分为两类,第一类是Boosting框架的重要参数,第二类是弱学习器即CART回归树的重要参数。下面从这两个方面来介绍这些参数的使用。

二、GBDT类库boosting框架参数

        首先来看boosting框架相关的重要参数。由于GradientBoostingClassifier和GradientBoostingRegressor的参数大部分相同,下面会一起来讲,不同点会单独指出。

1) n_estimators

        弱学习器的最大迭代次数,或者说最大的弱学习器个数。一般来说n_estimators太小容易欠拟合,n_estimators太大又容易过拟合,一般选择一个适中的数值。默认是100。在实际调参的过程中,常常将n_estimators和下面介绍的参数learning_rate一起考虑。

2) learning_rate

        每个弱学习器的权重缩减系数ν,也称为步长。加上正则化项后,强学习器的迭代公式为。ν的取值范围为0<ν≤1。对于同样的训练集拟合效果,较小的ν意味着需要更多的弱学习器的迭代次数。通常用步长和迭代最大次数一起来决定算法的拟合效果。所以这两个参数n_estimators和learning_rate要一起调参。一般来说,可以从一个小一点的ν开始调参,默认是1。

3) subsample

        子采样,取值为(0,1]。注意这里的子采样和随机森林不一样,随机森林使用的是放回抽样,而这里是不放回抽样。如果取值为1,则全部样本都使用,等于没有使用子采样。如果取值小于1,则只有一部分样本会去做GBDT的决策树拟合。选择小于1的比例可以减少方差,即防止过拟合,但是会增加样本拟合的偏差,因此取值不能太低。推荐在[0.5, 0.8]之间,默认是1.0,即不使用子采样。

4) init

        初始化时的弱学习器,拟合f0(x),如果不输入,则用训练集样本来做样本集的初始化分类回归预测。否则用init参数提供的学习器做初始化分类回归预测。一般用在对数据有先验知识或者之前做过一些拟合的时候,如果没有的话就不用管这个参数了。

5) loss

        GBDT算法中的损失函数,分类模型和回归模型的损失函数是不一样的。

        对于分类模型,有对数似然损失函数"deviance"和指数损失函数"exponential"两种输入选择。默认是对数似然损失函数"deviance"。在原理篇中对这些分类损失函数有详细的介绍。一般来说,推荐使用默认的"deviance"。它对二元分类和多元分类各自都有比较好的优化。而指数损失函数等于是Adaboost算法。

        对于回归模型,有均方差"ls"、绝对损失"lad"、Huber损失"huber"和分位数损失“quantile”。默认是均方差"ls"。一般来说,如果数据的噪音点不多,用默认的均方差"ls"比较好。如果是噪音点较多,则推荐用抗噪音的损失函数"huber"。而如果需要对训练集进行分段预测的时候,则采用“quantile”。

6) alpha

        这个参数只有GradientBoostingRegressor有,当使用Huber损失"huber"和分位数损失“quantile”时,需要指定分位数的值。默认是0.9,如果噪音点较多,可以适当降低这个分位数的值。

三、GBDT类库弱学习器参数

        这里再对GBDT的类库弱学习器的重要参数做一个总结。由于GBDT使用了CART回归决策树,因此它的参数基本来源于决策树类,也就是说,和DecisionTreeClassifier和DecisionTreeRegressor的参数基本类似。

1) max_features划分时考虑的最大特征数

        可以使用很多种类型的值,默认是"None",意味着划分时考虑所有的特征数;如果是"log2"意味着划分时最多考虑log2(N)个特征;如果是"sqrt"或者"auto"意味着划分时最多考虑sqrt(N)个特征。如果是整数,代表考虑的特征绝对数。如果是浮点数,代表考虑特征百分比,即考虑(百分比xN)取整后的特征数。其中N为样本总特征数。一般来说,如果样本特征数不多,比如小于50,用默认的"None"就可以了,如果特征数非常多,可以灵活使用其他取值来控制划分时考虑的最大特征数,以控制决策树的生成时间。

2) max_depth决策树最大深度

        默认可以不输入,如果不输入的话,决策树在建立子树的时候不会限制子树的深度。一般来说,数据少或者特征少的时候可以不管这个值。如果模型样本量多,特征也多的情况下,推荐限制这个最大深度,具体的取值取决于数据的分布。常用的可以取值10-100之间。

3) min_samples_split内部节点再划分所需最小样本数

        这个值限制了子树继续划分的条件,如果某节点的样本数少于min_samples_split,则不会继续再尝试选择最优特征来进行划分。 默认是2,如果样本量不大,不需要管这个值。如果样本量数量级非常大,则推荐增大这个值。

4) min_samples_leaf叶子节点最少样本数

        这个值限制了叶子节点最少的样本数,如果某叶子节点数目小于样本数,则会和兄弟节点一起被剪枝。 默认是1,可以输入最少的样本数的整数,或者最少样本数占样本总数的百分比。如果样本量不大,不需要管这个值。如果样本量数量级非常大,则推荐增大这个值。

5)min_weight_fraction_leaf叶子节点最小的样本权重和

        这个值限制了叶子节点所有样本权重和的最小值,如果小于这个值,则会和兄弟节点一起被剪枝。 默认是0,就是不考虑权重问题。一般来说,如果有较多样本有缺失值,或者分类树样本的分布类别偏差很大,就会引入样本权重,这时就要注意这个值了。

6) max_leaf_nodes最大叶子节点数

        通过限制最大叶子节点数,可以防止过拟合,默认是"None”,即不限制最大的叶子节点数。如果加了限制,算法会建立在最大叶子节点数内最优的决策树。如果特征不多,可以不考虑这个值,但是如果特征分成多的话,可以加以限制,具体的值可以通过交叉验证得到。

7) min_impurity_split节点划分最小不纯度

        这个值限制了决策树的增长,如果某节点的不纯度(基于基尼系数,均方差)小于这个阈值,则该节点不再生成子节点。即为叶子节点 。一般不推荐改动默认值1e-7。


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