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機器學習系列:(五)決策樹——非線性迴歸與分類

和猜猜看一樣,決策樹也是通過對解釋變數序列的逐條測試獲取響應變數結果的。那麼,哪個解釋變數應該先測試?直覺觀察會發現,解釋變數集合包含所有貓或者所有狗的測試,比既包含貓又包含狗的解釋變數集合的測試要好。如果子整合員種類不同,我們還是不能確定種類。我們還需要避免建立那種測試,把單獨的一隻貓或一條狗分離出去,這種做法類似於猜猜看問題中前幾輪就問非常具體的問題。更一般的情形是,這些測試極少可以分出一個樣本的種類,也不能降低分類不確定性。能夠降低分類不確定性的測試通常都是最好的測試。我們通常用熵(entropy)來度量資訊的不確定性。

以位元(bits)為計量單位,熵量化了一個變數的不確定性。熵計算公式如下所示:

其中,n是樣本的數量,P(xi)是第i個樣本的概率。b一般取2e10。因為對數函式中真數小於1則對數值為0,因此,公式前面加符號使熵為正數。

例如,一個硬幣投擲一次事件發生後一般有兩種可能:正面或反面。正面朝上的概率是0.5,反面朝上的概率也是0.5。那麼一個硬幣投擲一次的結果這個變數的熵:

也就是說,兩個等概率的可能值,正面和反面,只需要一個位元。如果是兩個硬幣投擲一次事件發生後一般有四種可能:正面正面,正面反面,反面反面,反面正面,每種可能的概率是0.25。其熵為:

H(X)=(0.25log20.25×4)=2.0

如果硬幣的兩面相同,那麼表示其可能值的變數熵為0位元,也就是說,結果是確定的,變數再也不會產生新資訊量了。熵還可以用小數值表示。比如,一個不正常的硬幣,其正反面的材質不同,一邊重一邊輕。導致其投擲後正面朝上的概率0.8,反面朝上概率0.2。那麼其熵為:

H(X)=(0.8log20.8+0.2log20.2)=0.721928095

一個不正常的硬幣投擲後其結果的熵是一個小數。雖然兩種結果都有可能,但是因為其中一種可能性更大,所有不確定性減小了。

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