决策树损失函数Nt的理解

决策树损失函数Nt的理解

Posted by MrTriste on August 7, 2017

决策树损失函数对Nt的理解

为了避免出现过拟合的现象,我们要对决策树进行剪枝。

设决策树的子节点集合为T,t是T中的一个元素,该叶节点有$N_t$个样本,其中k类的样本有$N_{tk}$个,共K个分类

则损失函数可以定义为 右边第一项表示误差大小,第二项表示模型的复杂度,也就是用叶节点表示,防止过拟化。(一般的损失函数都用两项来表示,误差和模型复杂度,具体可以参看另一篇文章损失函数有感

损失函数就是在精确度和过拟化之间找到一个平衡。第二项很容易理解,$\alpha$为参数,控制两者之间的影响,较大的$\alpha$促使选择简单的模型。

第一项怎么理解呢?为什么要乘以Nt呢?

  • 理解1

首先问一个问题,Ht(T)代表的是什么?你肯定会说是经验熵,那什么是经验熵,你肯定会说是不确定度,到这里都没错,那这个不确定度是什么的不确定度呢?

我的理解是,这个叶子节点内部取k个类的不确定度,注意是节点【内部】的不确定度,每个叶子节点可以看作是独立的,既然是内部的事情,凭什么暴力的将各个内部的不确定度相加,我们至少到同一个级别的平台再加吧。

不知道你现在有没有感觉暴力的相加确实少了点什么,我的理解是,少了该节点的样本数,也就是Nt。不知道你有没有注意到,信息熵只用到了概率,而忽略了样本数,也就是只关注内部各个类别的比例,而不在乎整体数量的多少,那么乘以Nt后,我们把它叫做不确定次数,不确定程度就是不确定次数归一化后的东西。

既然都这么暴力了,就更暴力一点,你把Ht(T)理解成频率,Nt*Ht(T)对应地理解成次数吧。比如有A股B股两支股票,A股买了10次,赚了7次,B股买了100次,赚了50次,赚的频率分别是0.7和0.5,那么计算你投资的能力,是0.7+0.5更有意义呢还是7+50更有意义呢?我觉得7+50更有意义吧。

虽然不确定性和不确定次数并非频率和次数,但它们的相对关系就这么理解吧。

  • 理解2

对每个叶节点t来说,$H_t(T)$表示t的熵(也就是不确定性)的期望,针对的是t子节点中每个数据实例的熵的期望,t子节点中有$N_t$个实例,那么t子节点总的熵(不确定性)就是$N_tH_t(T)$,整个树有$\mid T\mid$个叶节点,加起来就是整棵树的熵(不确定性,也可以理解成误差)。