京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
ID3算法
ID3和C4.5都是由澳大利亚计算机科学家Ross Quinlan开发的决策树构建算法,其中C4.5是在ID3上发展而来的。
ID3算法的核心是在决策树各个结点上应用信息增益准则选择特征,递归地构建决策树。具体方法是:从根结点(root node)开始,对结点计算所有可能的特征的信息增益,选择信息增益最大的特征作为结点的特征,由该特征的不同取值建立子结点;再对子结点递归地调用以上方法,构建决策树;直到所有特征的信息增益均很小或没有特征可以选择为止。最后得到一棵决策树。ID3相当于用极大似然法进行概率模型的选择。 下面我们给出一个更加正式的ID3算法的描述:
若D中所有实例属于同一类Ck,则T为单结点树,并将类Ck作为该结点的类标记,返回T;
若A=∅,则T为单结点树,并将D中实例数最大的类Ck作为该结点的类标记,返回T;
否则,计算A中各特征对D的信息增益,选择信息增益最大的特征Ag;
(1) 如果Ag的信息增益小于阈值ϵ,则置T为单结点树,并将D中实例数最大的类Ck作为该结点的类标记,返回T;
(2) 否则,对Ag的每一可能值ai,依Ag=ai将D分割为若干非空子集Di,将Di中实例数最大的类作为标记,构建子结点,由结点及其子结点构成树T,返回T;
对第i个子结点,以Di为训练集,以A−{Ag}为特征集,递归地调用步骤(1)~(3),得到子树Ti,返回Ti。
下面我们来看一个具体的例子,我们的任务是根据天气情况计划是否要外出打球:

首先来算一下根节点的熵:

然后再分别计算每一种划分的信息熵,比方说我们选择Outlook这个特征来做划分,那么得到的信息熵为

据此可计算采用Outlook这个特征来做划分时的信息增益为
同理,选用其他划分时所得到之信息增益如下:

取其中具有最大信息增益的特征来作为划分的标准,然后你会发现其中一个分支的熵为零(时间中阈值可以设定来惩罚过拟合),所以把它变成叶子,即得

对于其他熵不为零(或者大于预先设定的阈值)的分支,那么则需要做进一步的划分

根据上述的规则继续递归地执行下去。最终,我们得到了如下一棵决策树。
C4.5算法
C4.5是2006年国际数据挖掘大会票选出来的十大数据挖掘算法之首,可见它应该是非常powerful的!不仅如此,事实上,C4.5的执行也相当的straightforward。
C4.5算法与ID3算法相似,C4.5算法是由ID3算法演进而来的。C4.5在生成的过程中,用信息增益比来选择特征。下面我们给出一个更加正式的C4.5算法的描述:
如果D中所有实例属于同一类Ck,则置T为单结点树,并将Ck作为该结点的类,返回T;
如果A=∅,则置T为单结点树,并将D中实例数最大的类Ck作为该结点的类,返回T;
否则,计算A中各特征对D的信息增益比,选择信息增益比最大的特征Ag;
(1) 如果Ag的信息增益比小于阈值ϵ,则置T为单结点树,并将D中实例数最大的类Ck作为该结点的类,返回T;
(2) 否则,对Ag的每一可能值ai,依Ag=ai将D分割为若干非空子集Di,将Di中实例数最大的类作为标记,构建子结点,由结点及其子结点构成树T,返回T;
对结点i,以Di为训练集,以A−{Ag}为特征集,递归地调用步骤(1)~(3),得到子树Ti,返回Ti。
How to do it in practice?
易见,C4.5跟ID3的执行步骤非常类似,只是在划分时所采用的准则不同。我们这里不再赘述。但是这里可以来看看在实际的数据分析中,该如何操作。我们所使用的数据是如下所示的一个csv文件,文件内容同本文最初给出的Play Ball例子中的数据是完全一致的。
使用Weka进行数据挖掘是非常容易的,你不再需要像R语言或者MATLAB那样编写代码或者调用函数。基于GUI界面,在Weka中你只需要点点鼠标即可!首先我们单击“Explorer”按钮来打开操作的主界面,如下图所示。

然后我们单击“Open File…”,并从相应的目录下选择你要用来进行模型训练的数据文件,如下图所示。

Weka提供了非常易于操作的各种数据预处理功能,你可以自己尝试探索一下。注意到属性Day其实在构建决策树时是不需要的,我选中该属性,并将其移除,如下图所示。

完成数据预处理后,我们就可以开始进行模型训练了。因为我们是要建立决策树,所以选择“Classify”选项卡,然后在“Classifier”中选择J48。你可以能会疑惑我们不是要使用C4.5算法建立决策树吗?为什么要选择J48呢?其实J48是一个开源的C4.5的Java实现版本(J48 is an open source Java implementation of the C4.5 algorithm),所以J48就是C4.5。 数据分析师培训

然后你可以自定义的选择“Test options”中的一些测试选项,这里我们不做过多说明。然后单击“Start”按钮,Weka就为我们建立了一棵决策树,你可以从“Classifier output”栏目中看到模型训练的一些结果。但是对于决策树而言,你可以觉得文字看起来还不够直观。不要紧,Weka还为你提供了可视化的决策树建模呈现。为此,你需要右键单击刚刚训练好的模型,然后从右键菜单中选择“Visualize tree”,如下图所示。

最后我们得到了一棵与前面例子中相一致的决策树,如下图所示。
在后续的决策树系列文章中,我们将继续深入探讨CART算法等相关话题。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在大数据时代背景下,海量行业数据亟需通过专业化工具挖掘潜在价值,辅助企业业务决策、优化运营模式、规避经营风险。Python凭借 ...
2026-08-28SQL是数据分析领域最基础、最核心的工具,承担着取数、清洗、统计、分层、归因的全流程工作。不同于单纯的语法练习,实战化SQL数 ...
2026-08-28 很多企业团队并非缺乏指标,而是陷入“指标失控”:仪表盘上堆满实时跳动的数据,却无法回答“当前瓶颈在哪、下一步该做什么 ...
2026-08-28随着新零售模式的快速普及,零售行业从传统的“货品驱动”全面转向“用户驱动”。门店交易数据、线上消费记录、浏览轨迹、复购频 ...
2026-08-27在数据分析、爬虫采集、接口开发、数据归档等场景中,JSON与CSV是两种使用率最高的数据存储格式。JSON为键值对结构化格式,适配 ...
2026-08-27 很多数据分析师每天都在计算指标、制作报表,但当被问到“什么叫指标数据元”“指标数据标准包含哪些核心维度”“指标数据质 ...
2026-08-27在数据分析工作中,时间序列是最常见的数据类型之一,订单时间、日志时间、交易时段、统计周期等数据均离不开时间处理。原始数据 ...
2026-08-26在数据分析与数据预处理工作中,原始数据普遍存在录入错误、系统故障、偶然极值等问题,极易产生异常数据。异常数据会严重干扰数 ...
2026-08-26 很多数据分析师能熟练写SQL、做透视表,但当被问到“数据是从哪里来的?经过哪些加工才进入数据仓库?ETL具体做了什么?”时 ...
2026-08-26在数理统计与数据分析领域,多因素方差分析与线性回归模型是研究变量关系、因素影响、数据差异规律的两大核心工具。二者均属于经 ...
2026-08-25数据分析的核心价值不在于数据计算与图表制作,而在于清晰、精准、有逻辑地输出结论、支撑业务决策。日常数据分析报告普遍存在结 ...
2026-08-25 很多数据分析师能熟练地写SQL、做透视表、算描述性统计,但当被问到“如何预测用户流失概率”“如何归因销量下滑的关键因素 ...
2026-08-25平均数是数据分析、数理统计与日常运算中最基础、最常用的统计量,核心作用是浓缩一组数据的整体水平、刻画数据集中趋势。在众多 ...
2026-08-24在MySQL数据库中,InnoDB存储引擎作为主流事务型引擎,默认事务隔离级别为可重复读(Repeatable Read,RR),这与SQL Server、Or ...
2026-08-24 很多数据分析师拿到数据就开始清洗、建模,但当被问到“这批数据属于什么类型——结构化还是非结构化?分类变量还是数值变量 ...
2026-08-24 很多数据分析师画过趋势图、做过业绩预测,但当被问到“这个月销售额增长20%,到底是长期趋势自然增长,还是促销活动的短期 ...
2026-08-21在数据分析与数据可视化工作中,直方图是展示数据分布特征、离散程度、集中区间的核心图表,能够直观呈现数值数据的频次分布规律 ...
2026-08-20在数据分析领域有一句核心准则:垃圾数据进,垃圾数据出。数据清洗是数据分析、数据建模、数据可视化之前的必经前置工序,也是保 ...
2026-08-20 很多数据分析师做过按月份的销售额趋势图,画过按天的流量折线图,但当被问到“时间序列和普通数据有什么本质区别”“季节性 ...
2026-08-20在Python数据分析与数据清洗工作中,Pandas是最核心的数据处理库,DataFrame是结构化数据的标准存储格式。在实时数据采集、循环 ...
2026-08-19