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前言
在《从零开始学Python【34】--CART决策树（理论部分）》期中我们介绍了有关CART决策树的构造和节点选择的理论知识，但理论终究需要实战进行检验。本文我们就从实战的角度，继续介绍CART决策树的实际应用。
语法介绍
CART决策树是一个非常优秀的数据挖掘模型，它既可以解决离散型因变量的分类问题，也可以处理连续型因变量的预测问题，而且该算法对数据的分布特征没有任何的要求。在本次的实战项目中，将利用CART决策树对患者的肾小球滤过率作预测分析。
Python中的sklearn模块选择了一个较优的决策树算法，即CART算法，它既可以处理离散型的分类问题（即分类决策树），也可解决连续型的预测问题（即回归决策树）。这两种树分别对应DecisionTreeClassifier类和DecisionTreeRegressor类，接下来简单介绍一下这两个类的语法和参数含义：
代码语言：javascript复制DecisionTreeClassifier(criterion='gini', splitter='best', max_depth=None, min_samples_split=2,
min_samples_leaf=1, min_weight_fraction_leaf=0.0, max_features=None,
random_state=None, max_leaf_nodes=None, min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None, class_weight=None, presort=False)
DecisionTreeRegressor(criterion='mse', splitter='best', max_depth=None, min_samples_split=2,
min_samples_leaf=1, min_weight_fraction_leaf=0.0, max_features=None,
random_state=None, max_leaf_nodes=None, min_impurity_decrease=0.0,
min_impurity_split=None, presort=False)criterion：用于指定选择节点字段的评价指标，对于分类决策树，默认为'gini'，表示采用基尼指数选择节点的最佳分割字段；对于回归决策树，默认为'mse'，表示使用均方误差选择节点的最佳分割字段； splitter：用于指定节点中的分割点选择方法，默认为'best'，表示从所有的分割点中选择最佳分割点；如果指定为'random'，则表示随机选择分割点； max_depth：用于指定决策树的最大深度，默认为None，表示树的生长过程中对深度不作任何限制； min_samples_split：用于指定根节点或中间节点能够继续分割的最小样本量， 默认为2； min_samples_leaf：用于指定叶节点的最小样本量，默认为1； min_weight_fraction_leaf：用于指定叶节点最小的样本权重，默认为None，表示不考虑叶节点的样本权值； max_features：用于指定决策树包含的最多分割字段数，默认为None，表示分割时使用所有的字段，与指定'auto'效果一致；如果为具体的整数，则考虑使用对应的分割字段数；如果为0~1之间的浮点数，则考虑对应百分比的字段个数；如果为'sqrt'，则表示最多考虑
个字段；如果为'log2'，则表示最多使用
个字段；
random_state：用于指定随机数生成器的种子，默认为None,表示使用默认的随机数生成器； max_leaf_nodes：用于指定最大的叶节点个数，默认为None，表示对叶节点个数不作任何限制； min_impurity_decrease：用于指定节点是否继续分割的最小不纯度值，默认为0； min_impurity_split：同参数min_impurity_decrease含义一致，该参数在0.21版本以剔除； class_weight：用于指定因变量中类别之间的权重，默认为None，表示每个类别的权重都相等；如果为balanced，则表示类别权重与原始样本中类别的比例成反比；还可以通过字典传递类别之间的权重差异，其形式为：{class_label:weight}； presort：bool类型参数，是否对数据进行预排序，默认为False，如果数据集的样本量比较小，设置为True可以提高模型的执行速度，但数据集的样本量如果比较大，则不易设置为True；
不管是ID3、C4.5还是CART决策树，在建模过程中都可能存在过拟合的情况，即模型在训练集上有很高的预测精度，但是在测试集上效果却不够理想。为了解决过拟合问题，通常会对决策树作剪枝处理，下一期中我们将介绍有关决策树的几种剪枝方法，并通过图形的方式解释理论背后的运转。
CART决策树的预测实战
本节使用CART决策树进行项目实战，需要注意的是因变量为连续的数值型。使用的数据集是关于患者的肾小球滤过率，该指标可以反映患者肾功能的健康状况，该数据集一共包含28,009条记录和10个变量。首先预览一下该数据集的前几行信息：
代码语言：javascript复制# 读入数据
NHANES = pd.read_excel(r'C:UsersAdministratorDesktopNHANES.xlsx')
NHANES.head()
如上表所示，数据集中的CKD_epi_eGFR变量即为因变量，它是连续的数值型变量，其余变量包含患者的年龄、性别、肤色、身体质量指数及高密度脂蛋白指数等。由于数据集预先做了相应的清洗，这里就直接使用读入的数据进行建模，代码如下：
代码语言：javascript复制# 取出自变量名称
predictors = NHANES.columns[:-1]
# 将数据集拆分为训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = model_selection.train_test_split(NHANES[predictors], NHANES.CKD_epi_eGFR,
test_size = 0.25, random_state = 1234)
# 预设各参数的不同选项值
max_depth = [18,19,20,21,22]
min_samples_split = [2,4,6,8]
min_samples_leaf = [2,4,8,10,12]
parameters = {'max_depth':max_depth, 'min_samples_split':min_samples_split, 'min_samples_leaf':min_samples_leaf}
# 网格搜索法，测试不同的参数值
grid_dtcateg = GridSearchCV(estimator = tree.DecisionTreeRegressor(), param_grid = parameters, cv=10)
# 模型拟合
grid_dtcateg.fit(X_train, y_train)
# 返回最佳组合的参数值
grid_dtcateg.best_params_out: {'max_depth': 20, 'min_samples_leaf': 2, 'min_samples_split': 4}
如代码所示，由于训练数据集的样本量比较大，所以设置的树深度在20左右。经过10重交叉验证的网格搜索，得到各参数的最佳组合值为20,2,4。接下来利用这个参数值，构建回归决策树，代码如下：
代码语言：javascript复制# 构建用于回归的决策树
CART_Reg = tree.DecisionTreeRegressor(max_depth = 20, min_samples_leaf = 2, min_samples_split = 4)
# 回归树拟合
CART_Reg.fit(X_train, y_train)
# 模型在测试集上的预测
pred = CART_Reg.predict(X_test)
# 计算衡量模型好坏的MSE值
metrics.mean_squared_error(y_test, pred)out: 1.8355765418468155
由于因变量为连续型的数值，所以不能再使用分类模型中的准确率指标进行评估，而是使用均方误差MSE或均方根误差RMSE，如果该指标越小，说明模型拟合效果越好。通过模型在测试集上的预测，计算得到MSE的值为1.84。
最后，读者也不妨试试别的预测算法，如之前介绍的KNN算法，并通过比较各算法之间RMSE，确定哪个算法更能够有较好的预测效果。不幸的是，在sklearn模块中，并没有提供决策树剪枝的现成函数，但比较好的解决方案是选择随机森林拟合数据。关于随机森林的介绍和实战，读者可以查看我的新书《从零开始学Python数据分析与挖掘》，里面有对应的知识讲解。
结语
OK，关于CART决策树算法的实战我们就分享到这里，如果你有任何问题，欢迎在公众号的留言区域表达你的疑问。同时，也欢迎各位朋友继续转发与分享文中的内容，让更多的人学习和进步。
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