随机森林算法介绍R语言实现
随机森林算法
随机森林算法1.算法简介随机森林由LeoBreiman（2001）提出，它通过自助法（bootstrap）重采样技术，从原始训练样本集N中有放回地重复随机抽取k个样本生成新的训练样本集合，然后根据自助样本集生成k个分类树组成随机森林，新数据的分类结果按分类树投票多少形成的分数而定。
其实质是对决策树算法的一种改进，将多个决策树合并在一起，每棵树的建立依赖于一个独立抽取的样品，森林中的每棵树具有相同的分布，分类误差取决于每一棵树的分类能力和它们之间的相关性。
特征选择采用随机的方法去分裂每一个节点，然后比较不同情况下产生的误差。
能够检测到的内在估计误差、分类能力和相关性决定选择特征的数目。
单棵树的分类能力可能很小，但在随机产生大量的决策树后，一个测试样品可以通过每一棵树的分类结果经统计后选择最可能的分类。
2.算法原理决策树（decision tree）是一个树结构（可以是二叉树或非二叉树）。
其每个非叶节点表示一个特征属性上的测试，每个分支代表这个特征属性在某个值域上的输出，而每个叶节点存放一个类别。
使用决策树进行决策的过程就是从根节点开始，测试待分类项中相应的特征属性，并按照其值选择输出分支，直到到达叶子节点，将叶子节点存放的类别作为决策结果。
随机森林模型的基本思想是：首先，利用bootstrap抽样从原始训练集抽取k 个样本，且每个样本的样本容量都与原始训练集一样；其次，对k个样本分别建立k个决策树模型，得到k种分类结果；最后，根据k种分类结果对每个记录进行投票表决决定其最终分类，如下图所示。
在建立每一棵决策树的过程中，有两点需要注意采样与完全分裂。
首先是两个随机采样的过程，random forest对输入的数据要进行行、列的采样。
对于行采样，采用有放回的方式，也就是在采样得到的样本集合中，可能有重复的样本。
假设输入样本为N个，那么采样的样本也为N个。
这样使得在训练的时候，每一棵树的输入样本都不是全部的样本，使得相对不容易出现over-fitting。
随机森林算法
随机森林算法随机森林，顾名思义就是由多棵决策树组成的一种算法（这里可以回想一下上节课讲的决策树算法的实现过程），同样既可以作为分类模型，也可以作为回归模型。
在现实中更常用作分类模型，当然它也可以作为一种特征选择方法。
而“随机”主要指两个方面：第一，随机选样本，即从原始数据集中进行有放回的抽样，得到子数据集，子数据集样本量保持与原始数据集一致，不同子数据集间的元素可以重复，同一个子数据集间的元素也可以重复。
第二，随机选特征，与随机选样本过程类似，子数据集从所有原始待选择的特征中选取一定数量的特征子集，然后从再已选择的特征子集中选择最优特征的过程。
通过每次选择的数据子集和特征子集来构成决策树，最终得到随机森林算法。
随机森林算法生成过程：1、从原始数据集中每次随机有放回抽样选取与原始数据集相同数量的样本数据，构造数据子集；2、每个数据子集从所有待选择的特征中随机选取一定数量的最优特征作为决策树的输入特征；3、根据每个数据子集分别得到每棵决策树，由多棵决策树共同组成随机森林；4、最后如果是分类问题，则按照投票的方式选取票数最多的类作为结果返回，如果是回归问题，则按照平均法选取所有决策树预测的平均值作为结果返回。
随机森林优缺点优点：1、由于是集成算法，模型精度往往比单棵决策树更高；2、每次随机选样本和特征，提高了模型抗干扰能力，泛化能力更强；3、对数据集适应能力强，可处理离散数据和缺失数据，数据规范化要求低；4、在每次随机选样本时均有1/3的样本未被选上，这部分样本通常称之为袋外数据OOB(out of bag)，可以直接拿来作为验证集，不需占用训练数据。
缺点：1、当决策树的数量较多时，训练所需要时间较长；2、模型可解释性不强，属于黑盒模型。
利用随机森林构建分类模型,并用十折交叉验证。r语言教程
利用随机森林构建分类模型,并用十折交叉验证。
r语言教程在R语言中，我们可以使用`caret`包中的`train`函数进行模型的训练，并使用`caret`包的`createDataPartition`函数进行十折交叉验证。
以下是使用随机森林构建分类模型的示例代码：首先，确保你已经安装了必要的包。
如果没有，你可以使用以下命令进行安装：```r("caret")("randomForest")```然后，加载这些包：```rlibrary(caret)library(randomForest)接下来，我们需要加载数据。
假设我们有一个名为`data`的数据框，其中包含我们的特征和目标变量：```rdata <- ("your_") 请将"your_"替换为你的数据文件路径```然后，我们将使用`createDataPartition`函数进行十折交叉验证的数据分割：```r(123) 为了结果的可重复性control <- rbind(trainControl(method = "cv", number = 10), 10折交叉验证trainControl(method = "oob") 用于随机森林的外部验证)```接着，我们将使用`train`函数训练我们的模型：(123) 为了结果的可重复性rf_model <- train(target ~ ., data = data, trControl = control, method = "rf") 使用随机森林方法训练模型```最后，我们可以输出模型的详细信息：```rprint(rf_model)```以上代码演示了如何使用随机森林和十折交叉验证在R语言中构建分类模型。
请注意，你可能需要根据自己的数据和需求对代码进行一些调整。
随机森林回归模型原理
随机森林回归模型原理随机森林回归（RandomForestRegression，RF）是一种集成学习（ensemble learning）技术，它可以应用于分类和回归领域。
它是将多个基学习器（weak learners）有效地组合在一起，从而达到比单个基学习器更好的预测性能。
随机森林是一种强有力的非线性回归模型，可以针对大规模数据集有效处理多维特征。
一、随机森林回归算法流程1.随机森林回归模型的建立需要经历四个步骤：（1）数据集准备：首先用户需要收集数据集，包括：自变量(x1,x2..xn)和响应变量（y），然后对数据进行正确归一化处理。
（2）特征选择：从自变量中选择具有更强预测能力的特征。
（3）模型建立：将特征变量与响应变量进行拟合，建立随机森林回归模型。
（4）模型调参：调整随机森林个体树的参数，使得模型获得最佳性能。
2.随机森林回归模型的预测需要经过两个步骤：（1）模型训练：利用上面步骤（1）中建立的随机森林回归模型来进行训练。
（2）预测：将自变量输入到模型中，根据模型训练结果，获取响应变量的预测值。
二、随机森林回归模型的优势1.随机森林模型可以有效处理大规模数据集，具有计算速度快的优势。
2.随机森林可以有效的处理缺失数据，并且不会对模型的性能产生影响。
3.随机森林模型可以有效处理非线性数据。
4.随机森林模型可以在特征的维度很高的情况下进行训练，而不会损失太多的性能。
5.随机森林模型可以进行特征选择，可以快速和有效的发现有用的特征。
6.随机森林回归模型具有很强的泛化能力。
三、总结随机森林（Random Forest）是一种重要的集成学习技术，它可以应用于分类和回归领域。
它的强大之处在于可以针对大规模数据集，处理多维特征，有效的处理缺失数据，进行特征选择以及具有很强的泛化能力。
随机森林回归模型由四个步骤组成：数据集准备、特征选择、模型建立和模型调参，它的预测需要经过模型训练和预测步骤。
最后，要记住，随机森林回归模型实用性很强，可以用于许多机器学习问题。
随机森林算法原理
随机森林算法原理随机森林算法是一种机器学习技术，它可以用来解决各种监督学习问题，如分类问题和回归问题。
随机森林算法的基本思想是从训练数据集中抽取出若干子集，然后将它们以若干决策树的形式融合在一起，来得到一个随机森林模型（RF）。
由于决策树能够自动捕捉训练数据集中的不同特征，所以随机森林算法具有良好的精度。
因此，随机森林算法对于解决监督学习问题很有用，且应用非常广泛。
一、随机森林算法的基本原理随机森林算法建立在集成学习的基础上，把许多决策树的结果合并起来，得到越准确的预测结果。
比如，假设有一个分类任务，要将数据集划分为两个类别。
一般的决策树算法会借助于一些特征变量，将数据集中的数据分成两部分，以便于我们能够更准确的预测一个数据属于哪一类。
然而，单个决策树往往会出现过拟合现象，也就是说，我们得到的结果只适用于训练数据，而无法把结果推广到新的数据上。
为了解决这个问题，随机森林算法把训练数据分为两部分：一部分用作建模，另一部分用作评估。
建模部分的数据用于训练出多个决策树，而这些决策树的结果综合起来形成了随机森林。
评估部分的数据用于测试随机森林的准确性。
二、随机森林算法的优势随机森林算法是一种非常有效的机器学习算法，它具有许多优点：（1）随机森林算法能够自动捕捉训练数据集中各种特征，并得到较高的准确性。
（2）随机森林算法不易发生过拟合，且易于调参，计算量小。
（3）随机森林算法可以用来评估特征的重要性，它能够从每一颗树的节点中计算出特征的重要性。
（4）随机森林算法可以实现自动构建特征，能够在训练过程中自动构建特征，增加分类器的准确性。
三、随机森林算法的缺陷随机森林算法也存在一些缺陷，比如：（1）可读性差：随机森林算法是一种集成学习模型，训练结果不容易理解，而且它的结果往往很复杂，以至于我们很难去弄清楚它的内部工作原理。
（2）可解释性差：随机森林算法很难被精确地可解释，比如为什么被预测为某一类，我们很难得知这个预测中有哪些特征起了关键作用。
什么是随机森林算法？
什么是随机森林算法？随机森林算法是一种集成学习（ensemble learning）方法，针对单个模型的不足，在多个模型的基础上组合起来，提高模型的预测精度和鲁棒性。
随机森林算法最早由Leo Breiman和Adele Cutler在2001年提出，现在已经广泛应用于数据挖掘、机器学习、图像和语音识别等领域。
一、随机森林的原理和特点随机森林是一种决策树的集成方法，其基本原理是将多个决策树组合起来。
每个决策树都是独立的，在样本的随机采样和特征的随机选择的基础上，构造出不同的树结构，最后求取各决策树的平均或投票结果。
随机森林的特点有：具有很好的鲁棒性，避免过拟合问题；能够自动进行特征选择和提取，节省了大量的人工特征工程；可以应对数据量较大、维度较高、属性类型较多的情况。
二、随机森林的应用1.分类问题随机森林可以用于分类和回归问题等多种情况，其中最常用的是二元分类问题。
在食品质量检测、医学诊断、营销分析、信用评估等领域都有广泛应用。
2.特征选择随机森林在选择特征方面的表现优于其他算法。
通过计算特征的重要性，可以得到各特征对分类准确度的影响程度，进而根据影响程度进行特征选择。
3.异常点检测随机森林可以通过计算样本点之间的距离，检测出异常点。
这种方法对于大多数异常点检测问题效果良好，尤其是对于高维度数据。
三、随机森林的发展随机森林在应用场景上的扩展是一个不断发展的过程。
随着深度学习技术的快速发展，深度随机森林（Deep Random Forest）被提出。
它是一个基于神经网络的随机森林，与传统的随机森林不同，它可以通过深度学习方法来进行特征选择，进一步提升模型的性能。
另外，随机森林在自然语言处理领域也有广泛的应用，如文本分类、情感分析、实体识别等。
总之，随机森林是一种强大的集成学习算法，在解决大量数据、高维度、复杂特征等问题上表现出良好的效果。
未来，它有望在更广泛的应用领域得到应用。
随机森林算法综述
随机森林算法综述随机森林算法是一种强大的集成学习方法，它结合了决策树的预测能力和随机性的优点，被广泛应用于分类和回归问题中。
本文将对随机森林算法进行综述，包括其原理、优缺点、应用领域和发展趋势等方面的内容。
1. 随机森林算法原理随机森林算法是基于决策树的集成学习方法。
它通过构建多棵决策树，并将它们的结果进行集成来实现预测。
具体来说，随机森林算法随机选择样本和特征来构建每棵决策树，然后通过投票或取平均值的方式来决定最终的预测结果。
这种随机性的引入可以有效降低过拟合的风险，提高模型的泛化能力。
2. 随机森林算法优缺点随机森林算法的优点包括：（1）对缺失值和异常值具有较好的鲁棒性；（2）能够处理高维度的数据集；（3）具有较高的准确率和泛化能力；（4）能够评估特征的重要性。
随机森林算法的缺点包括：（1）模型的可解释性较差；（2）需要较大的计算资源和训练时间；（3）可能在处理噪声较大的数据集时性能下降。
3. 随机森林算法应用领域随机森林算法在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：（1）金融领域：用于信用评分、风险管理等；（2）医疗领域：用于疾病预测、诊断等；（3）电商领域：用于推荐系统、用户行为分析等；（4）工业领域：用于故障诊断、质量控制等。
4. 随机森林算法发展趋势随机森林算法作为一种经典的集成学习方法，一直在不断发展和完善。
未来随机森林算法的发展趋势包括但不限于：（1）提高算法的效率和性能，减少模型的计算成本；（2）进一步提升模型的泛化能力和鲁棒性；（3）结合深度学习等新技术，实现更强大的模型集成；（4）探索在大规模数据集和高维数据下的应用场景。
综上所述，随机森林算法作为一种强大的集成学习方法，具有广泛的应用前景和发展空间。
通过不断的研究和优化，随机森林算法将在各个领域发挥重要的作用，为解决实际问题提供有效的解决方案。
r语言随机森林结果解读
r语言随机森林结果解读
在R语言中，使用随机森林模型进行数据分析后，可以使用各种方法和技巧来解读模型结果。
以下是一些常用的方法和步骤：
1.查看模型摘要：使用summary()函数可以查看随机森林模型的摘
要，其中包括模型的各项指标和参数。
2.查看变量重要性：使用importance()函数可以查看每个变量在模型
中的重要性，通常用“MeanDecreaseAccuracy”和“MeanDecreaseGini”两个指标来衡量。
3.查看模型系数：使用coef()函数可以查看模型中的系数，即各个特
征对最终预测结果的影响程度。
4.查看特征重要性：可以通过特征重要性图（feature importance plot）
来查看各个特征对模型预测结果的影响程度。
使用plot(model$importance)可以生成特征重要性图。
5.查看模型预测结果：使用predict()函数可以对新的数据进行预测，
并将预测结果与实际值进行比较，以评估模型的准确性。
6.查看模型评估指标：可以使用各种评估指标来衡量模型的性能，
如准确率、精确率、召回率、F1得分等。
可以使用confusionMatrix()函数来计算混淆矩阵，从而得到各种评估指标。
7.查看模型交互式可视化：使用R中的交互式可视化工具，如shiny
包或plotly包等，可以更直观地查看模型结果，包括特征重要性图、混淆矩阵、ROC曲线等。
总之，在R语言中解读随机森林模型结果需要结合实际问题和数据集来进行深入分析和理解。
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随机森林算法介绍及R语言实现 随机森林算法介绍 算法介绍： 简单的说，随机森林就是用随机的方式建立一个森林，森林里面有很多的决策树，并且每棵树之间是没有关联的。得到一个森林后，当有一个新的样本输入，森林中的每一棵决策树会分别进行一下判断，进行类别归类（针对分类算法），最后比较一下被判定哪一类最多，就预测该样本为哪一类。 随机森林算法有两个主要环节：决策树的生长和投票过程。
决策树生长步骤： 1. 从容量为N的原始训练样本数据中采取放回抽样方式(即bootstrap取样)随机抽取自助样本集，重复k（树的数目为k）次形成一个新的训练集N，以此生成一棵分类树；
2. 每个自助样本集生长为单棵分类树，该自助样本集是单棵分类树的全部训练数据。设有M个输入特征，则在树的每个节点处从M个特征中随机挑选m(m < M)个特征，按照节点不纯度最小的原则从这m个特征中选出一个特征进行分枝生长，然后再分别递归调用上述过程构造各个分枝，直到这棵树能准确地分类训练集或所有属性都已被使用过。在整个森林的生长过程中m将保持恒定；
3. 分类树为了达到低偏差和高差异而要充分生长，使每个节点的不纯度达到最小，不进行通常的剪枝操作。
投票过程： 随机森林采用Bagging方法生成多个决策树分类器。
基本思想： 1. 给定一个弱学习算法和一个训练集，单个弱学习算法准确率不高，可以视为一个窄领域专家；
2. 将该学习算法使用多次，得出预测函数序列，进行投票，将多个窄领域专家评估结果汇总，最后结果准确率将大幅提升。
随机森林的优点：
• 可以处理大量的输入变量; • 对于很多种资料，可以产生高准确度的分类器; • 可以在决定类别时，评估变量的重要性; • 在建造森林时，可以在内部对于一般化后的误差产生不偏差的估计; • 包含一个好方法可以估计遗失的资料，并且，如果有很大一部分的资料遗失，仍可以维持准确度;
• 提供一个实验方法，可以去侦测 variable interactions; • 对于不平衡的分类资料集来说，可以平衡误差; • 计算各例中的亲近度，对于数据挖掘、侦测偏离者（outlier）和将资料视觉化非常有用;
• 使用上述。可被延伸应用在未标记的资料上，这类资料通常是使用非监督式聚类。也可侦测偏离者和观看资料;
• 学习过程很快速。 缺点
• 随机森林已经被证明在某些噪音较大的分类或回归问题上会过拟合; • 对于有不同级别的属性的数据，级别划分较多的属性会对随机森林产生更大的影响，所以随机森林在这种数据上产出的属性权值是不可信的。
R语言实现
寻找最优参数mtry，即指定节点中用于二叉树的最佳变量个数 library("randomForest") n<-length(names(train_data)) #计算数据集中自变量个数，等同n=ncol(train_data)
rate=1 #设置模型误判率向量初始值
for(i in 1:(n-1)){ set.seed(1234) rf_train<-randomForest(as.factor(train_data$IS_LIUSHI)~.,data=train_data,mtry=i,ntree=1000)
rate[i]<-mean(rf_train$err.rate) #计算基于OOB数据的模型误判率均值 print(rf_train) } rate #展示所有模型误判率的均值 plot(rate) 寻找最佳参数ntree，即指定随机森林所包含的最佳决策树数目 set.seed(100) rf_train<-randomForest(as.factor(train_data$IS_LIUSHI)~.,data=train_data,mtry=12,ntree=1000)
plot(rf_train) #绘制模型误差与决策树数量关系图 legend(800,0.02,"IS_LIUSHI=0",cex=0.9,bty="n") legend(800,0.0245,"total",cex=0.09,bty="n") 随机森林模型搭建 set.seed(100) rf_train<-randomForest(as.factor(train_data$IS_LIUSHI)~.,data=train_data,mtry=12,ntree=400,importance=TRUE,proximity=TRUE)
• importance设定是否输出因变量在模型中的重要性，如果移除某个变量，模型方差增加的比例是它判断变量重要性的标准之一；
• proximity参数用于设定是否计算模型的临近矩阵； • ntree用于设定随机森林的树数。 输出变量重要性:分别从精确度递减和均方误差递减的角度来衡量重要程度。
importance<-importance(rf_train) write.csv(importance,file="E:/模型搭建/importance.csv",row.names=T,quote=F)
barplot(rf_train$importance[,1],main="输入变量重要性测度指标柱形图") box() 提取随机森林模型中以准确率递减方法得到维度重要性值。type=2为基尼系数方法
importance(rf_train,type=1) varImpPlot(x=rf_train,sort=TRUE,n.var=nrow(rf_train$importance),main="输入变量重要性测度散点图")
信息展示 print(rf_train) #展示随机森林模型简要信息 hist(treesize(rf_train)) #展示随机森林模型中每棵决策树的节点数 max(treesize(rf_train));min(treesize(rf_train)) MDSplot(rf_train,train_data$IS_OFF_USER,palette=rep(1,2),pch=as.numeric(train_data$IS_LIUSHI)) #展示数据集在二维情况下各类别的具体分布情况
检测 pred<-predict(rf_train,newdata=test_data) pred_out_1<-predict(object=rf_train,newdata=test_data,type="prob") #输出概率
table <- table(pred,test_data$IS_LIUSHI) sum(diag(table))/sum(table) #预测准确率 plot(margin(rf_train,test_data$IS_LIUSHI),main=观测值被判断正确的概率图) randomForest包可以实现随机森林算法的应用，主要涉及5个重要函数，语法和参数请见下
1:randomForest()函数用于构建随机森林模型 randomForest(formula, data=NULL, ..., subset, na.action=na.fail) randomForest(x, y=NULL, xtest=NULL, ytest=NULL, ntree=500, mtry=if (!is.null(y) && !is.factor(y)) max(floor(ncol(x)/3), 1) else floor(sqrt(ncol(x))), replace=TRUE, classwt=NULL, cutoff, strata, sampsize = if (replace) nrow(x) else ceiling(.632*nrow(x)), nodesize = if (!is.null(y) && !is.factor(y)) 5 else 1, maxnodes = NULL, importance=FALSE, localImp=FALSE, nPerm=1, proximity, oob.prox=proximity, norm.votes=TRUE, do.trace=FALSE, keep.forest=!is.null(y) && is.null(xtest), corr.bias=FALSE, keep.inbag=FALSE, ...) • formula指定模型的公式形式，类似于y~x1+x2+x3…; • data指定分析的数据集； • subset以向量的形式确定样本数据集； • na.action指定数据集中缺失值的处理方法，默认为na.fail，即不允许出现缺失值，也可以指定为na.omit，即删除缺失样本；
• x指定模型的解释变量，可以是矩阵，也可以是数据框； • y指定模型的因变量，可以是离散的因子，也可以是连续的数值，分别对应于随机森林的分类模型和预测模型。这里需要说明的是，如果不指定y值，则随机森林将是一个无监督的模型；
• xtest和ytest用于预测的测试集； • ntree指定随机森林所包含的决策树数目，默认为500； • mtry指定节点中用于二叉树的变量个数，默认情况下数据集变量个数的二次方根（分类模型）或三分之一（预测模型）。一般是需要进行人为的逐次挑选，确定最佳的m值；
• replace指定Bootstrap随机抽样的方式，默认为有放回的抽样 • classwt指定分类水平的权重，对于回归模型，该参数无效；