python實現(xiàn)連續(xù)變量最優(yōu)分箱詳解--CART算法

更新時間：2019年11月22日 10:10:28 作者：賈杰森

今天小編就為大家分享一篇python實現(xiàn)連續(xù)變量最優(yōu)分箱詳解--CART算法，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

關(guān)于變量分箱主要分為兩大類：有監(jiān)督型和無監(jiān)督型

對應(yīng)的分箱方法：

A. 無監(jiān)督：(1) 等寬 (2) 等頻 (3) 聚類

B. 有監(jiān)督：(1) 卡方分箱法(ChiMerge) (2) ID3、C4.5、CART等單變量決策樹算法 (3) 信用評分建模的IV最大化分箱等

本篇使用python，基于CART算法對連續(xù)變量進行最優(yōu)分箱

由于CART是決策樹分類算法，所以相當于是單變量決策樹分類。

簡單介紹下理論：

CART是二叉樹，每次僅進行二元分類，對于連續(xù)性變量，方法是依次計算相鄰兩元素值的中位數(shù)，將數(shù)據(jù)集一分為二，計算該點作為切割點時的基尼值較分割前的基尼值下降程度，每次切分時，選擇基尼下降程度最大的點為最優(yōu)切分點，再將切分后的數(shù)據(jù)集按同樣原則切分，直至終止條件為止。

關(guān)于CART分類的終止條件：視實際情況而定，我的案例設(shè)置為 a.每個葉子節(jié)點的樣本量>=總樣本量的5% b.內(nèi)部節(jié)點再劃分所需的最小樣本數(shù)>=總樣本量的10%

python代碼實現(xiàn)：

import pandas as pd
import numpy as np
 
#讀取數(shù)據(jù)集，至少包含變量和target兩列
sample_set = pd.read_excel('/數(shù)據(jù)樣本.xlsx')
 
def calc_score_median(sample_set, var):
  '''
  計算相鄰評分的中位數(shù)，以便進行決策樹二元切分
  param sample_set: 待切分樣本
  param var: 分割變量名稱
  '''
  var_list = list(np.unique(sample_set[var]))
  var_median_list = []
  for i in range(len(var_list) -1):
    var_median = (var_list[i] + var_list[i+1]) / 2
    var_median_list.append(var_median)
  return var_median_list

var表示需要進行分箱的變量名，返回一個樣本變量中位數(shù)的list

def choose_best_split(sample_set, var, min_sample):
  '''
  使用CART分類決策樹選擇最好的樣本切分點
  返回切分點
  param sample_set: 待切分樣本
  param var: 分割變量名稱
  param min_sample: 待切分樣本的最小樣本量(限制條件)
  '''
  # 根據(jù)樣本評分計算相鄰不同分數(shù)的中間值
  score_median_list = calc_score_median(sample_set, var)
  median_len = len(score_median_list)
  sample_cnt = sample_set.shape[0]
  sample1_cnt = sum(sample_set['target'])
  sample0_cnt = sample_cnt- sample1_cnt
  Gini = 1 - np.square(sample1_cnt / sample_cnt) - np.square(sample0_cnt / sample_cnt)
  
  bestGini = 0.0; bestSplit_point = 0.0; bestSplit_position = 0.0
  for i in range(median_len):
    left = sample_set[sample_set[var] < score_median_list[i]]
    right = sample_set[sample_set[var] > score_median_list[i]]
    
    left_cnt = left.shape[0]; right_cnt = right.shape[0]
    left1_cnt = sum(left['target']); right1_cnt = sum(right['target'])
    left0_cnt = left_cnt - left1_cnt; right0_cnt = right_cnt - right1_cnt
    left_ratio = left_cnt / sample_cnt; right_ratio = right_cnt / sample_cnt
    
    if left_cnt < min_sample or right_cnt < min_sample:
      continue
    
    Gini_left = 1 - np.square(left1_cnt / left_cnt) - np.square(left0_cnt / left_cnt)
    Gini_right = 1 - np.square(right1_cnt / right_cnt) - np.square(right0_cnt / right_cnt)
    Gini_temp = Gini - (left_ratio * Gini_left + right_ratio * Gini_right)
    if Gini_temp > bestGini:
      bestGini = Gini_temp; bestSplit_point = score_median_list[i]
      if median_len > 1:
        bestSplit_position = i / (median_len - 1)
      else:
        bestSplit_position = i / median_len
    else:
      continue
        
  Gini = Gini - bestGini
  return bestSplit_point, bestSplit_position

min_sample 參數(shù)為最小葉子節(jié)點的樣本閾值，如果小于該閾值則不進行切分，如前面所述設(shè)置為整體樣本量的5%

返回的結(jié)果我這里只返回了最優(yōu)分割點，如果需要返回其他的比如GINI值，可以自行添加。

def bining_data_split(sample_set, var, min_sample, split_list):
  '''
  劃分數(shù)據(jù)找到最優(yōu)分割點list
  param sample_set: 待切分樣本
  param var: 分割變量名稱
  param min_sample: 待切分樣本的最小樣本量(限制條件)
  param split_list: 最優(yōu)分割點list
  '''
  split, position = choose_best_split(sample_set, var, min_sample)
  if split != 0.0:
    split_list.append(split)
  # 根據(jù)分割點劃分數(shù)據(jù)集，繼續(xù)進行劃分
  sample_set_left = sample_set[sample_set[var] < split]
  sample_set_right = sample_set[sample_set[var] > split]
  # 如果左子樹樣本量超過2倍最小樣本量，且分割點不是第一個分割點，則切分左子樹
  if len(sample_set_left) >= min_sample * 2 and position not in [0.0, 1.0]:
    bining_data_split(sample_set_left, var, min_sample, split_list)
  else:
    None
  # 如果右子樹樣本量超過2倍最小樣本量，且分割點不是最后一個分割點，則切分右子樹
  if len(sample_set_right) >= min_sample * 2 and position not in [0.0, 1.0]:
    bining_data_split(sample_set_right, var, min_sample, split_list)
  else:
    None

split_list 參數(shù)是用來保存返回的切分點，每次切分后返回的切分點存入該list

在這里判斷切分點分割的左子樹和右子樹是否滿足“內(nèi)部節(jié)點再劃分所需的最小樣本數(shù)>=總樣本量的10%”的條件，如果滿足則進行遞歸調(diào)用。

def get_bestsplit_list(sample_set, var):
  '''
  根據(jù)分箱得到最優(yōu)分割點list
  param sample_set: 待切分樣本
  param var: 分割變量名稱
  '''
  # 計算最小樣本閾值（終止條件）
  min_df = sample_set.shape[0] * 0.05
  split_list = []
  # 計算第一個和最后一個分割點
  bining_data_split(sample_set, var, min_df, split_list)
  return split_list

最后整合以下來個函數(shù)調(diào)用，返回一個分割點list。

可以使用sklearn庫的決策樹測試一下單變量分類對結(jié)果進行驗證，在分類方法相同，剪枝條件一致的情況下結(jié)果是一致的。

以上這篇python實現(xiàn)連續(xù)變量最優(yōu)分箱詳解--CART算法就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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