随机森林回归应用中遇到的问题

随机森林算法的应用

本人在做kaggle的house prices题目时用到了随机森林回归的算法，遇到了一些问题，现在记录下来。

• 随机森立对于线性相关的特征是否有影响？
• 特征简化后效果会变好，为什么？

随机森林算法原理见http://www.zilhua.com/629.html。

一、线性相关性

随机森林对多元共线性不敏感，结果对缺失数据和非平衡的数据比较稳健，可以很好地预测多达几千个解释变量的作用（Breiman 2001b），被誉为当前最好的算法之一（Iverson et al. 2008）。

在做实验室的时候会发现当有线性相关的特征时，选其中一个特征和同时选择两个特征的效果是一样的，即随机森林对多元共线不敏感。

在回归分析中，当自变量之间出现多重共线性现象时，常会严重影响到参数估计，扩大模型误差，并破坏模型的稳健性，因此消除多重共线性成为回归分析中参数估计的一个重要环节。现在常用的解决多元线性回归中多重共线性的回归模型有岭回归（Ridge Regression）、主成分回归(Principal Component Regression简记为PCR)和偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression简记为PLS)。

逻辑斯蒂回归对自变量的多元共线性非常敏感，要求自变量之间相互独立。随机森林则完全不需要这个前提条件。

原因分析：随机森林为什么对多元共线不敏感？

个人猜想：因为随机森林算法对特征进行了采样，可能线性相关的特征并没有在同一棵树中。

二、某个特征的取值减少后，效果会变好？？

例如：feature1 原始的取值为1-10的10个取值，现在把feature1 特征简化为（1,2,3） 3个取值；则应用feature2的效果要更好一些。应用feature1和feature2一起，则和只应用feature2的效果一样（这是因为随机森林对多元共线不敏感）。

原因分析：

没有找到合理的解释，可能只是在这个数据集中有了这样的结果。不过特征简化后，可以达到减少计算量的效果。

三、随机森林总结

1.随机森林的优点是：

1. 它的学习过程很快。在处理很大的数据时，它依旧非常高效。
2. 随机森林可以处理大量的多达几千个的自变量（Breiman，2001）。
3. 现有的随机森林算法评估所有变量的重要性，而不需要顾虑一般回归问题面临的多元共线性的问题。
4. 它包含估计缺失值的算法，如果有一部分的资料遗失，仍可以维持一定的准确度。

5. 随机森林中分类树的算法自然地包括了变量的交互作用（interaction）（Cutler, et

   al.，2007），即X1的变化导致X2对Y的作用发生改变。交互作用在其他模型中（如逻辑斯蒂回归）因其复杂性经常被忽略。

6. 随机森林对离群值不敏感，在随机干扰较多的情况下表现稳健。

7. 随机森林不易产生对数据的过度拟合（overfit）（Breiman，2001），然而这点尚有争议（Elith and

   Graham，2009）。

随机森林通过袋外误差（out-of-bag error）估计模型的误差。对于分类问题，误差是分类的错误率；对于回归问题，误差是残差的方差。随机森林的每棵分类树，都是对原始记录进行有放回的重抽样后生成的。每次重抽样大约1/3的记录没有被抽取（Liaw，2012）。没有被抽取的自然形成一个对照数据集。所以随机森林不需要另外预留部分数据做交叉验证，其本身的算法类似交叉验证，而且袋外误差是对预测误差的无偏估计（Breiman，2001）。

2.随机森林的缺点：

1. 随机森林在解决回归问题时并没有像它在分类中表现的那么好，这是因为它并不能给出一个连续型的输出。当进行回归时，随机森林不能够作出超越训练集数据范围的预测，这可能导致在对某些还有特定噪声的数据进行建模时出现过度拟合。
2. 对于许多统计建模者来说，随机森林给人的感觉像是一个黑盒子——你几乎无法控制模型内部的运行，只能在不同的参数和随机种子之间进行尝试。
3. 是它的算法倾向于观测值较多的类别（如果昆虫B的记录较多，而且昆虫A、B和C间的差距不大，预测值会倾向于B）。

4. 另外，**随机森林中水平较多的分类属性的自变量（如土地利用类型 >

   20个类别）比水平较少的分类属性的自变量（气候区类型<10个类别）对模型的影响大**（Deng et

   al.，2011）。总之，随机森林功能强大而又简单易用，相信它会对各行各业的数据分析产生积极的推动作用。

以上仅是个人的一些总结，如果大家有更好的想法的话可以讨论交流下~~