京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
一、决策树分类算法概述
决策树算法是从数据的属性(或者特征)出发,以属性作为基础,划分不同的类。例如对于如下数据集

(数据集)
其中,第一列和第二列为属性(特征),最后一列为类别标签,1表示是,0表示否。决策树算法的思想是基于属性对数据分类,对于以上的数据我们可以得到以下的决策树模型

(决策树模型)
先是根据第一个属性将一部份数据区分开,再根据第二个属性将剩余的区分开。
实现决策树的算法有很多种,有ID3、C4.5和CART等算法。下面我们介绍ID3算法。
二、ID3算法的概述
ID3算法是由Quinlan首先提出的,该算法是以信息论为基础,以信息熵和信息增益为衡量标准,从而实现对数据的归纳分类。
首先,ID3算法需要解决的问题是如何选择特征作为划分数据集的标准。在ID3算法中,选择信息增益最大的属性作为当前的特征对数据集分类。信息增益的概念将在下面介绍,通过不断的选择特征对数据集不断划分;
其次,ID3算法需要解决的问题是如何判断划分的结束。分为两种情况,第一种为划分出来的类属于同一个类,如上图中的最左端的“非鱼类”,即为数据集中的第5行和第6行数据;最右边的“鱼类”,即为数据集中的第2行和第3行数据。第二种为已经没有属性可供再分了。此时就结束了。
通过迭代的方式,我们就可以得到这样的决策树模型。

(ID3算法基本流程)
三、划分数据的依据
ID3算法是以信息熵和信息增益作为衡量标准的分类算法。
1、信息熵(Entropy)
熵的概念主要是指信息的混乱程度,变量的不确定性越大,熵的值也就越大,熵的公式可以表示为:

其中
为类别在样本s中出现的概率。
2、信息增益(Information gain)
信息增益指的是划分前后熵的变化,可以用下面的公式表示:
其中,a表示样本的属性,
是属性所有的取值集合。v是a的其中一个属性值,sv是s中a的值为v的样例集合。
四、实验仿真
1、数据预处理
我们以下面的数据为例,来实现ID3算法:

我们首先需要对数据处理,例如age属性,我们用0表示youth,1表示middle_aged,2表示senior等等。

(将表格数据化)
2、实验结果

(原始的数据)

(划分1)

(划分2)

(划分3)

(最终的决策树)
MATLAB代码
主程序
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
%% Decision Tree
% ID3
%导入数据
%data = [1,1,1;1,1,1;1,0,0;0,1,0;0,1,0];
data = [0,2,0,0,0;
0,2,0,1,0;
1,2,0,0,1;
2,1,0,0,1;
2,0,1,0,1;
2,0,1,1,0;
1,0,1,1,1;
0,1,0,0,0;
0,0,1,0,1;
2,1,1,0,1;
0,1,1,1,1;
1,1,0,1,1;
1,2,1,0,1;
2,1,0,1,0];
% 生成决策树
createTree(data);
生成决策树
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ output_args ] = createTree( data )
[m,n] = size(data);
disp('original data:');
disp(data);
classList = data(:,n);
classOne = 1;%记录第一个类的个数
for i = 2:m
if classList(i,:) == classList(1,:)
classOne = classOne+1;
end
end
% 类别全相同
if classOne == m
disp('final data: ');
disp(data);
return;
end
% 特征全部用完
if n == 1
disp('final data: ');
disp(data);
return;
end
bestFeat = chooseBestFeature(data);
disp(['bestFeat: ', num2str(bestFeat)]);
featValues = unique(data(:,bestFeat));
numOfFeatValue = length(featValues);
for i = 1:numOfFeatValue
createTree(splitData(data, bestFeat, featValues(i,:)));
disp('-------------------------');
end
end
选择信息增益最大的特征
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
%% 选择信息增益最大的特征
function [ bestFeature ] = chooseBestFeature( data )
[m,n] = size(data);% 得到数据集的大小
% 统计特征的个数
numOfFeatures = n-1;%最后一列是类别
% 原始的熵
baseEntropy = calEntropy(data);
bestInfoGain = 0;%初始化信息增益
bestFeature = 0;% 初始化最佳的特征位
% 挑选最佳的特征位
for j = 1:numOfFeatures
featureTemp = unique(data(:,j));
numF = length(featureTemp);%属性的个数
newEntropy = 0;%划分之后的熵
for i = 1:numF
subSet = splitData(data, j, featureTemp(i,:));
[m_1, n_1] = size(subSet);
prob = m_1./m;
newEntropy = newEntropy + prob * calEntropy(subSet);
end
%计算增益
infoGain = baseEntropy - newEntropy;
if infoGain > bestInfoGain
bestInfoGain = infoGain;
bestFeature = j;
end
end
end
计算熵
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ entropy ] = calEntropy( data )
[m,n] = size(data);
% 得到类别的项
label = data(:,n);
% 处理完的label
label_deal = unique(label);
numLabel = length(label_deal);
prob = zeros(numLabel,2);
% 统计标签
for i = 1:numLabel
prob(i,1) = label_deal(i,:);
for j = 1:m
if label(j,:) == label_deal(i,:)
prob(i,2) = prob(i,2)+1;
end
end
end
% 计算熵
prob(:,2) = prob(:,2)./m;
entropy = 0;
for i = 1:numLabel
entropy = entropy - prob(i,2) * log2(prob(i,2));
end
end
划分数据
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ subSet ] = splitData( data, axis, value )
[m,n] = size(data);%得到待划分数据的大小
subSet = data;
subSet(:,axis) = [];
k = 0;
for i = 1:m
if data(i,axis) ~= value
subSet(i-k,:) = [];
k = k+1;
end
end
end
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据工作的全流程中,数据清洗是最基础、最耗时,同时也是最关键的核心环节,无论后续是做常规数据分析、可视化报表,还是开展 ...
2026-03-20在大数据与数据驱动决策的当下,“数据分析”与“数据挖掘”是高频出现的两个核心概念,也是很多职场人、入门学习者容易混淆的术 ...
2026-03-20在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的全流程工作闭环中,统计制图是连接严谨统计分析与高效业务沟通的关键纽带,更是CDA ...
2026-03-20在MySQL数据库优化中,分区表是处理海量数据的核心手段——通过将大表按分区键(如时间、地域、ID范围)分割为多个独立的小分区 ...
2026-03-19在商业智能与数据可视化领域,同比、环比增长率是分析数据变化趋势的核心指标——同比(YoY)聚焦“长期趋势”,通过当前周期与 ...
2026-03-19在数据分析与建模领域,流传着一句行业共识:“数据决定上限,特征决定下限”。对CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言 ...
2026-03-19机器学习算法工程的核心价值,在于将理论算法转化为可落地、可复用、高可靠的工程化解决方案,解决实际业务中的痛点问题。不同于 ...
2026-03-18在动态系统状态估计与目标跟踪领域,高精度、高鲁棒性的状态感知是机器人导航、自动驾驶、工业控制、目标检测等场景的核心需求。 ...
2026-03-18“垃圾数据进,垃圾结果出”,这是数据分析领域的黄金法则,更是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师日常工作中时刻恪守的 ...
2026-03-18在机器学习建模中,决策树模型因其结构直观、易于理解、无需复杂数据预处理等优势,成为分类与回归任务的首选工具之一。而变量重 ...
2026-03-17在数据分析中,卡方检验是一类基于卡方分布的假设检验方法,核心用于分析分类变量之间的关联关系或实际观测分布与理论期望分布的 ...
2026-03-17在数字化转型的浪潮中,企业积累的数据日益庞大且分散——用户数据散落在注册系统、APP日志、客服记录中,订单数据分散在交易平 ...
2026-03-17在数字化时代,数据分析已成为企业决策、业务优化、增长突破的核心支撑,从数据仓库搭建(如维度表与事实表的设计)、数据采集清 ...
2026-03-16在数据仓库建设、数据分析(尤其是用户行为分析、业务指标分析)的实践中,维度表与事实表是两大核心组件,二者相互依存、缺一不 ...
2026-03-16数据是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师开展一切工作的核心载体,而数据读取作为数据生命周期的关键环节,是连接原始数 ...
2026-03-16在用户行为分析实践中,很多从业者会陷入一个核心误区:过度关注“当前数据的分析结果”,却忽视了结果的“泛化能力”——即分析 ...
2026-03-13在数字经济时代,用户的每一次点击、浏览、停留、转化,都在传递着真实的需求信号。用户行为分析,本质上是通过收集、整理、挖掘 ...
2026-03-13在金融、零售、互联网等数据密集型行业,量化策略已成为企业挖掘商业价值、提升决策效率、控制经营风险的核心工具。而CDA(Certi ...
2026-03-13在机器学习建模体系中,随机森林作为集成学习的经典算法,凭借高精度、抗过拟合、适配多场景、可解释性强的核心优势,成为分类、 ...
2026-03-12在机器学习建模过程中,“哪些特征对预测结果影响最大?”“如何筛选核心特征、剔除冗余信息?”是从业者最常面临的核心问题。随 ...
2026-03-12