Spark机器学习(6)：决策树算法

1. 决策树基本知识

决策树就是通过一系列规则对数据进行分类的一种算法，可以分为分类树和回归树两类，分类树处理离散变量的，回归树是处理连续变量。

样本一般都有很多个特征，有的特征对分类起很大的作用，有的特征对分类作用很小，甚至没有作用。如决定是否对一个人贷款是，这个人的信用记录、收入等就是主要的判断依据，而性别、婚姻状况等等就是次要的判断依据。决策树构建的过程，就是根据特征的决定性程度，先使用决定性程度高的特征分类，再使用决定性程度低的特征分类，这样构建出一棵倒立的树，就是我们需要的决策树模型，可以用来对数据进行分类。

决策树学习的过程可以分为三个步骤：1）特征选择，即从众多特征中选择出一个作为当前节点的分类标准；2）决策树生成，从上到下构建节点；3）剪枝，为了预防和消除过拟合，需要对决策树剪枝。

2. 决策树算法

主要的决策树算法包括ID3、C4.5和CART。

ID3把信息增益作为选择特征的标准。由于取值较多的特征（如学号）的信息增益比较大，这种算法会偏向于取值较多的特征。而且该算法只能用于离散型的数据，优点是不需要剪枝。

C4.5和ID3比较类似，区别在于使用信息增益比替代信息增益作为选择特征的标准，因此比ID3更加科学，并且可以用于连续型的数据，但是需要剪枝。

CART(Classification And Regression Tree)采用的是Gini作为选择的标准。Gini越大，说明不纯度越大，这个特征就越不好。

3. MLlib的决策树算法

MLlib的决策树算法使用的随机森林RandomForest的方法，不过并不是真正的随机森林，因为实际上只有一棵决策树。

直接上代码：

import org.apache.log4j.{ Level, Logger }
import org.apache.spark.{ SparkConf, SparkContext }
import org.apache.spark.mllib.tree.DecisionTree
import org.apache.spark.mllib.tree.model.DecisionTreeModel
import org.apache.spark.mllib.util.MLUtils
 
/**
  * Created by Administrator on 2017/7/6.
  */
object DecisionTreeTest {
 
  def main(args: Array[String]): Unit = {
 
    // 设置运行环境
    val conf = new SparkConf().setAppName("Decision Tree")
      .setMaster("spark://master:7077").setJars(Seq("E:\\Intellij\\Projects\\MachineLearning\\MachineLearning.jar"))
    val sc = new SparkContext(conf)
    Logger.getRootLogger.setLevel(Level.WARN)
 
    // 读取样本数据并解析
    val dataRDD = MLUtils.loadLibSVMFile(sc, "hdfs://master:9000/ml/data/sample_dt_data.txt")
    // 样本数据划分,训练样本占0.8,测试样本占0.2
    val dataParts = dataRDD.randomSplit(Array(0.8, 0.2))
    val trainRDD = dataParts(0)
    val testRDD = dataParts(1)
 
    // 决策树参数
    val numClasses = 5
    val categoricalFeaturesInfo = Map[Int, Int]()
    val impurity = "gini"
    val maxDepth = 5
    val maxBins = 32
    // 建立决策树模型并训练
    val model = DecisionTree.trainClassifier(trainRDD, numClasses, categoricalFeaturesInfo,
      impurity, maxDepth, maxBins)
 
    // 对测试样本进行测试
    val predictionAndLabel = testRDD.map { point =>
      val score = model.predict(point.features)
      (score, point.label, point.features)
    }
    val showPredict = predictionAndLabel.take(50)
    println("Prediction" + "\t" + "Label" + "\t" + "Data")
    for (i <- 0 to showPredict.length - 1) {
      println(showPredict(i)._1 + "\t" + showPredict(i)._2 + "\t" + showPredict(i)._3)
    }
 
    // 误差计算
    val accuracy = 1.0 * predictionAndLabel.filter(x => x._1 == x._2).count() / testRDD.count()
    println("Accuracy = " + accuracy)
 
    // 保存模型
    val ModelPath = "hdfs://master:9000/ml/model/Decision_Tree_Model"
    model.save(sc, ModelPath)
    val sameModel = DecisionTreeModel.load(sc, ModelPath)
 
  }

运行结果：