人工智能机器学习之随机森林(RF)

决策树（DT）在人工智能中所处的位置：人工智能－－＞机器学习－－＞监督学习－－＞决策树。决策树主要用来解决分类和回归问题，但是决策树（DT）会产生过拟合现象，导致泛化能力变弱。过拟合是建立决策树模型时面临的重要挑战之一。鉴于决策树容易过拟合的缺点，由美国贝尔实验室大牛们提出了采用随机森林（RF）投票机制来改善决策树。随机森林（RF）则是针对决策树（DT）的过拟合问题而提出的一种改进方法，而且随机森林（RF）是一个最近比较火的算法。因此有必要对随机森林（RF）作进一步探讨。＾＿＾

随机森林（RF）在人工智能中所处的位置：人工智能－－＞机器学习－－＞监督学习－－＞决策树－－＞随机森林。

随机森林（RF）指的是利用多棵树对样本进行训练并预测的一种分类器。该分类器最早由Leo Breiman和Adele Cutler提出，并被注册成了商标。

那么什么是随机森林？

随机森林（RandomForests）是一个包含多个决策树的分类器，并且其输出的类别是由个别树输出的类别的众数而定。Leo Breiman和Adele Cutler发展并推论出随机森林的算法。随机森林（RF）这个术语是1995年由贝尔实验室的TIn Kam Ho所提出的随机决策森林（random decision forests）而来的。这个方法则是结合 Breimans 的 ＂Bootstrap aggregaTIng＂ 想法和 Ho 的＂random subspace method＂以建造决策树的集合。

通过定义我们知道，随机森林（RF）要建立了多个决策树（DT），并将它们合并在一起以获得更准确和稳定的预测。随机森林的一大优势在于它既可用于分类，也可用于回归问题，这两类问题恰好构成了当前的大多数机器学习系统所需要面对的。

随机森林是集成学习的一个子类，它依靠于决策树的投票选择来决定最后的分类结果。集成学习通过建立几个模型组合的来解决单一预测问题。集成学习的简单原理是生成多个分类器／模型，各自独立地学习和作出预测。这些预测最后结合成单预测，因此优于任何一个单分类的做出预测。

随机森林的构建过程：

假设N表示训练用例（样本）个数，M表示特征数目，随机森林的构建过程如下：

1） 输入特征数目m，用于确定决策树上一个节点的决策结果；其中m应远小于M。

2） 从N个训练用例（样本）中以有放回抽样的方式，取样N次，形成一个训练集，并用未抽到的用例（样本）作预测，评估其误差。

3） 对于每一个节点，随机选择m个特征，决策树上每个节点的决定都是基于这些特征确定的。根据m个特征，计算其最佳的分裂方式。

4） 每棵树都会完整成长而不会剪枝，这有可能在建完一棵正常树状分类器后会被采用。

5） 重复上述步骤，构建另外一棵棵决策树，直到达到预定数目的一群决策树为止，即构建好了随机森林。

其中，预选变量个数（m）和随机森林中树的个数是重要参数，对系统的调优非常关键。这些参数在调节随机森林模型的准确性方面也起着至关重要的作用。科学地使用这些指标，将能显著的提高随机森林模型工作效率。