R语言学习笔记-单一决策树

决策树比较简单明晰，但存在不稳定的风险，数据的微小变化会导致最佳决策树结构的巨大变化，且决策树可能会变得比较复杂。

其算法原理参见https://zhuanlan.zhihu.com/p/148010749。笔记中主要以R语言中iris数据集描述实现步骤。

data("iris") #导入iris数据集
set.seed(1926) #设置种子，便于复现操作结果 +1S

之后需要将数据分为两部分，训练集与测试集，可以用多种写法实现。这些写法的本质上都是sample函数

方法一：

train.data <-sample(nrow(iris),0.7*nrow(iris),replace = F)
train <-iris[train.data,]
test <-iris[-train.data,]

　　

写法二：

formula <- sample(2, nrow(iris),
                   replace=TRUE,
                   prob=c(0.7, 0.3)
                    )
 train <- iris[formula==1,]
 test <- iris[formula==2,]

写法三：

smple.size <- floor(0.7*nrow(data)) )
train.ind <- sample(seq_len(nrow(data)), smple.size)
train <- data[train.ind, ]
test <- data[-train.ind, ]

写法四：

rank_num <- sample(1:150,105)
train <- iris[rank_num,]
test <- iris[-rank_num,]

　　

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接下来进行单一决策树分析，常用的包有tree,rpart,party等。

package "party"

library(party)
mdna.tree <- ctree(Species ~ Sepal.Length+Sepal.Width+Petal.Length+Petal.Width, data = train)
mdna.tree
 #可以看看具体的分析
plot(mdna.tree,  type = "simple",main = "mdna的简单决策树")
#也可以自己画图，上面的是简单树装图
plot(mdna.tree,main = "mdna的全决策树")
#全面树状图

　

	 Conditional inference tree with 4 terminal nodes
 
Response:  Species
Inputs:  Sepal.Length, Sepal.Width, Petal.Length, Petal.Width
Number of observations:  105 
 
1) Petal.Length <= 1.9; criterion = 1, statistic = 98.207
  2)*  weights = 35
1) Petal.Length > 1.9
  3) Petal.Width <= 1.7; criterion = 1, statistic = 50.335
    4) Petal.Length <= 4.6; criterion = 0.984, statistic = 8.319
      5)*  weights = 33
    4) Petal.Length > 4.6
      6)*  weights = 8
  3) Petal.Width > 1.7
    7)*  weights = 29

　　

　

package "rpart"

library('rpart')
library('rpart.plot')
model.2<- rpart(formula =Species~.,data=train ,method='class')
model.2
rpart.plot(model.2)

n= 105
 
node), split, n, loss, yval, (yprob)
* denotes terminal node
 
1) root 105 67 versicolor (0.33333333 0.36190476 0.30476190)
2) Petal.Length< 2.6 35 0 setosa (1.00000000 0.00000000 0.00000000) *
3) Petal.Length>=2.6 70 32 versicolor (0.00000000 0.54285714 0.45714286)
6) Petal.Width< 1.75 41 3 versicolor (0.00000000 0.92682927 0.07317073) *
7) Petal.Width>=1.75 29 0 virginica (0.00000000 0.00000000 1.00000000) *

　　rpart包提供了复杂度损失修剪的修剪方法，printcp会告诉分裂到每一层，cp是多少，平均相对误差是多少

printcp(model.2)

　　

Classification tree:
rpart(formula = Species ~ ., data = train, method = "class")
 
Variables actually used in tree construction:
[1] Petal.Length Petal.Width 
 
Root node error: 67/105 = 0.6381
 
n= 105 
 
       CP nsplit rel error   xerror     xstd
1 0.52239      0  1.000000 1.268657 0.060056
2 0.43284      1  0.477612 0.582090 0.073898
3 0.01000      2  0.044776 0.074627 0.032570

　　

#一般使用1-SE法则选出最优cp值:找到xerror最小的行，得到误差阈值为该行的xerror+xstd
##找到所有xerror小于这个阈值的行，取其中最大值的上限为prune的阈值
###根据我们的结果，来看最小的交叉验证误差为0.074，刚好是最后一个节点，不需要剪枝
####需要剪枝的案例https://danzhuibing.github.io/r_decision_tree.html
剪枝的代码

# model.prune <- prune(cfit, cp=0.03) 
#cp值为示例

　　

　

换个颜色

rpart.plot(model.2, box.col=c("pink", "purple","lightblue"))

　　

这个图也可以用DMwR绘制

library(DMwR)
prettyTree(model.2,main='tree of mdna with DMwR')

　　

package 'tree'

library(tree)
model.3<- tree(Species ~ Sepal.Width +
                 Sepal.Length +
                 Petal.Length +
                 Petal.Width,
                data = iris
                 )
summary(model.3)
plot(model.3)
text(model.3)

　结果：

Classification tree:
tree(formula = Species ~ Sepal.Width + Sepal.Length + Petal.Length +
Petal.Width, data = iris)
Variables actually used in tree construction:
[1] "Petal.Length" "Petal.Width" "Sepal.Length"
Number of terminal nodes: 6
Residual mean deviance: 0.1253 = 18.05 / 144
Misclassification error rate: 0.02667 = 4 / 150

　　

　

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最后使用测试集进行检验，一般使用predict函数

predict <- predict(model.2,newdata=test,type='class')
result.2<-table(test$Species,predict)
sum(diag(result.2))/sum(result.2)

　　结果是

[1] 0.9333333

即93.3%的准确率

这个矩阵的样子如下，对角线上的值代表预测正确的值，用对角线除以总数，就可以得到正确率了。

table(test$Species,predict)
            predict
             setosa versicolor virginica
  setosa         15          0         0
  versicolor      0         11         1
  virginica       0          2        16

　　

【一般用不到】如果列名不正常，可以使用如下代码apply每行的列名为最大值对应列名

a <- predict(model.2,newdata=test,type='class'）

b <- apply(a, 1, function(t) colnames(a)[which.max(t)])

　　

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