Ensemble Learning

Machine Learning with Tree-Based Models in Python

Elie Kawerk

Data Scientist

ข้อดีของ CARTs

เข้าใจง่าย
ตีความได้ง่าย
ใช้งานสะดวก
ความยืดหยุ่น: รองรับความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้น
การเตรียมข้อมูล: ไม่จำเป็นต้องทำ standardize หรือ normalize features, ...

ข้อจำกัดของ CARTs

การจำแนกประเภท: สร้างได้เฉพาะขอบเขตการตัดสินใจแบบตั้งฉาก
ไวต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในชุดข้อมูลฝึก
Variance สูง: CARTs ที่ไม่ถูกจำกัดอาจ overfit ชุดข้อมูลฝึก
แนวทางแก้ไข: Ensemble Learning

Ensemble Learning

ฝึกโมเดลหลายตัวบนชุดข้อมูลเดียวกัน
ให้แต่ละโมเดลทำนายผลของตัวเอง
Meta-model: รวบรวมผลทำนายจากโมเดลแต่ละตัว
ผลทำนายสุดท้าย: แม่นยำและทนทานต่อข้อผิดพลาดมากขึ้น
ผลดีที่สุด: เมื่อแต่ละโมเดลมีจุดเด่นต่างกัน

Ensemble Learning: ภาพอธิบาย

ภาพประกอบ Ensemble

Ensemble Learning ในทางปฏิบัติ: Voting Classifier

งานจำแนกประเภทแบบ Binary
Classifier $N$ ตัวทำนายผล: $P_1$, $P_2$, ..., $P_N$ โดย $P_i$ = 0 หรือ 1
การทำนายของ Meta-model: ใช้ hard voting

Hard Voting

hard voting

Voting Classifier ใน sklearn (ชุดข้อมูล Breast-Cancer)

# Import functions to compute accuracy and split data
from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.model_selection import train_test_split

# Import models, including VotingClassifier meta-model
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier as KNN
from sklearn.ensemble import VotingClassifier

# Set seed for reproducibility
SEED = 1

Voting Classifier ใน sklearn (ชุดข้อมูล Breast-Cancer)

# Split data into 70% train and 30% test
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y,
                                                    test_size= 0.3,
                                                    random_state= SEED)
# Instantiate individual classifiers
lr = LogisticRegression(random_state=SEED)
knn = KNN()
dt = DecisionTreeClassifier(random_state=SEED)

# Define a list called classifier that contains the tuples (classifier_name, classifier)
classifiers = [('Logistic Regression', lr), 
               ('K Nearest Neighbours', knn),
               ('Classification Tree', dt)]

# Iterate over the defined list of tuples containing the classifiers
for clf_name, clf in classifiers:
    #fit clf to the training set
    clf.fit(X_train, y_train)

    # Predict the labels of the test set
    y_pred = clf.predict(X_test)

    # Evaluate the accuracy of clf on the test set
    print('{:s} : {:.3f}'.format(clf_name, accuracy_score(y_test, y_pred)))

Logistic Regression: 0.947
K Nearest Neighbours: 0.930
Classification Tree: 0.930

Voting Classifier ใน sklearn (ชุดข้อมูล Breast-Cancer)

# Instantiate a VotingClassifier 'vc'
vc = VotingClassifier(estimators=classifiers) 

# Fit 'vc' to the traing set and predict test set labels
vc.fit(X_train, y_train)   
y_pred = vc.predict(X_test)

# Evaluate the test-set accuracy of 'vc'
print('Voting Classifier: {.3f}'.format(accuracy_score(y_test, y_pred)))

Voting Classifier: 0.953

มาฝึกกันเถอะ!

Machine Learning with Tree-Based Models in Python