京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
简单易学的机器学习算法—分类回归树CART
分类回归树(Classification and Regression Tree,CART)是一种典型的决策树算法,CART算法不仅可以应用于分类问题,而且可以用于回归问题。
一、树回归的概念
对于一般的线性回归,其拟合的模型是基于全部的数据集。这种全局的数据建模对于一些复杂的数据来说,其建模的难度也会很大。其后,我们有了局部加权线性回归,其只利用数据点周围的局部数据进行建模,这样就简化了建模的难度,提高了模型的准确性。树回归也是一种局部建模的方法,其通过构建决策点将数据切分,在切分后的局部数据集上做回归操作。
在博文“简单易学的机器学习算法——决策树之ID3算法”中介绍了ID3算法的思想,ID3算法主要是用来处理离散性的问题,然而对于连续型的问题,ID3算法就无能无力了。其次ID3算法的分支也属于多分支,即通过一个特征可以分出很多的子数据集。分类回归树(Classification and Regression Tree, CART)是一种树构建算法,这种算法既可以处理离散型的问题,也可以处理连续型的问题。在处理连续型问题时,主要通过使用二元切分来处理连续型变量,即特征值大于某个给定的值就走左子树,或者就走右子树。
二、回归树的分类
在构建回归树时,主要有两种不同的树:
回归树(Regression Tree),其每个叶节点是单个值
模型树(Model Tree),其每个叶节点是一个线性方程
三、基于CART算法的回归树
在进行树的左右子树划分时,有一个很重要的量,即给定的值,特征值大于这个给定的值的属于一个子树,小于这个给定的值的属于另一个子树。这个给定的值的选取的原则是使得划分后的子树中的“混乱程度”降低。如何定义这个混乱程度是设计CART算法的一个关键的地方。在ID3算法中我们使用的信息熵和信息增益的概念。信息熵就代表了数据集的紊乱程度。对于连续型的问题,我们可以使用方差的概念来表达混乱程度,方差越大,越紊乱。所以我们要找到使得切分之后的方差最小的划分方式。数据分析师培训
四、实验仿真
对于数据集1,数据集2,我们分别使用CART算法构建回归树

(数据集1)

(数据集2)
从图上我们可以看出可以将数据集划分成两个子树,即左右子树,并分别在左右子树上做线性回归。同样的道理,下图可以划分为5个子树。
结果为:

(数据集1的结果)

(数据集2的结果)
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
%% CART
clear all
clc
% 导入数据集
%dataSet = load('ex00.txt');
dataSet = load('ex0.txt');
% 画图1
% plot(dataSet(:,1),dataSet(:,2),'.');
% axis([-0.2,1.2,-1.0,2.0]);
% 画图2
% plot(dataSet(:,2),dataSet(:,3),'.');
% axis([-0.2,1.2,-1.0,5.0]);
createTree(dataSet,1,4);
构建子树
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ retTree ] = createTree( dataSet,tolS,tolN )
[feat,val] = chooseBestSplit(dataSet, tolS, tolN);
disp(['feat:', num2str(feat)]);
disp(['value:', num2str(val)]);
if feat == 0
return;
end
[lSet,rSet] = binSplitDataSet(dataSet, feat, val);
disp('left:');
createTree( lSet,tolS,tolN );
disp('right:');
createTree( rSet,tolS,tolN );
end
最佳划分
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ Index, Value ] = chooseBestSplit( dataSet, tolS, tolN )
% 参数中tolS是容许的误差下降值,tolN是切分的最小样本数
m = size(dataSet);%数据集的大小
if length(unique(dataSet(:,m(:,2)))) == 1%仅剩下一种时
Index = 0;
Value = regLeaf(dataSet(:,m(:,2)));
return;
end
S = regErr(dataSet);%误差
bestS = inf;%初始化,无穷大
bestIndex = 0;
bestValue = 0;
%找到最佳的位置和最优的值
for j = 1:(m(:,2)-1)%得到列
b = unique(dataSet(:,j));%得到特征所在的列
lenCharacter = length(b);
for i = 1:lenCharacter
temp = b(i,:);
[mat0,mat1] = binSplitDataSet(dataSet, j ,temp);
m0 = size(mat0);
m1 = size(mat1);
if m0(:,1) < tolN || m1(:,1) < tolN
continue;
end
newS = regErr(mat0) + regErr(mat1);
if newS < bestS
bestS = newS;
bestIndex = j;
bestValue = temp;
end
end
end
if (S-bestS) < tolS
Index = 0;
Value = regLeaf(dataSet(:,m(:,2)));
return;
end
%划分
[mat0, mat1] = binSplitDataSet(dataSet, bestIndex ,bestValue);
m0 = size(mat0);
m1 = size(mat1);
if m0(:,1) < tolN || m1(:,1) < tolN
Index = 0;
Value = regLeaf(dataSet(:,m(:,2)));
return;
end
Index = bestIndex;
Value = bestValue;
end
划分
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
%% 将数据集划分为两个部分
function [ dataSet_1, dataSet_2 ] = binSplitDataSet( dataSet, feature, value )
[m,n] = size(dataSet);%计算数据集的大小
DataTemp = dataSet(:,feature)';%变成行
%计算行中标签列的元素大于value的行
index_1 = [];%空的矩阵
index_2 = [];
for i = 1:m
if DataTemp(1,i) > value
index_1 = [index_1,i];
else
index_2 = [index_2,i];
end
end
[m_1,n_1] = size(index_1);%这里要取列数
[m_2,n_2] = size(index_2);
if n_1>0 && n_2>0
for j = 1:n_1
dataSet_1(j,:) = dataSet(index_1(1,j),:);
end
for j = 1:n_2
dataSet_2(j,:) = dataSet(index_2(1,j),:);
end
elseif n_1 == 0
dataSet_1 = [];
dataSet_2 = dataSet;
elseif n_2 == 0
dataSet_2 = [];
dataSet_1 = dataSet;
end
end
%% 将数据集划分为两个部分
function [ dataSet_1, dataSet_2 ] = binSplitDataSet( dataSet, feature, value )
[m,n] = size(dataSet);%计算数据集的大小
DataTemp = dataSet(:,feature)';%变成行
%计算行中标签列的元素大于value的行
index_1 = [];%空的矩阵
index_2 = [];
for i = 1:m
if DataTemp(1,i) > value
index_1 = [index_1,i];
else
index_2 = [index_2,i];
end
end
[m_1,n_1] = size(index_1);%这里要取列数
[m_2,n_2] = size(index_2);
if n_1>0 && n_2>0
for j = 1:n_1
dataSet_1(j,:) = dataSet(index_1(1,j),:);
end
for j = 1:n_2
dataSet_2(j,:) = dataSet(index_2(1,j),:);
end
elseif n_1 == 0
dataSet_1 = [];
dataSet_2 = dataSet;
elseif n_2 == 0
dataSet_2 = [];
dataSet_1 = dataSet;
end
end
偏差
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ error ] = regErr( dataSet )
m = size(dataSet);%求得dataSet的大小
dataVar = var(dataSet(:,m(:,2)));
error = dataVar * (m(:,1)-1);
end
叶节点
[plain] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
function [ leaf ] = regLeaf( dataSet )
m = size(dataSet);
leaf = mean(dataSet(:,m(:,2)));
end
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 销售漏斗阶段判断 题目:销售漏斗模型中,通过广告、社交媒体等方式触达品牌信息(如浏览品 ...
2026-09-07在Python数据分析中,Pandas库的DataFrame是最核心、最常用的结构化数据表对象,类似于Excel的二维表格,具备规整的行列结构、字 ...
2026-09-07在数据分析、经营复盘、业绩预测与经济统计工作中,平均增速(平均增长率)是衡量数据长期变化趋势、业务发展快慢的核心指标。不 ...
2026-09-07 很多数据分析师精通Excel单元格操作,但当被问到“表结构数据的基本处理单位是什么”“字段和记录的本质区别”“为什么表结 ...
2026-09-07随着大数据技术的快速发展,商业竞争逐步从传统的经验式经营转变为数据驱动的精细化运营。海量的用户行为数据、交易数据、运营数 ...
2026-09-04CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 波士顿矩阵(BCG Matrix) 定义: BCG于1970年提出的业务组合分析工具,以"市场增长率"(纵 ...
2026-09-04 数据分析师八成以上的时间在和数据表格打交道,但许多人拿到Excel后习惯性地先算、先分析,结果回头发现漏了一列关键数据, ...
2026-09-04数据透视表是Excel与Power BI中最核心的数据分析工具,具备快速汇总、维度拆分、动态筛选的能力,可高效完成数据归类与统计展示 ...
2026-09-03在Power BI数据分析可视化场景中,堆积柱状图+折线图是最常用的复合图表组合。堆积柱状图适合展示各细分维度当期数值、结构占比 ...
2026-09-03 很多数据分析师每天与Excel打交道,但当被问到“表格结构数据的基本处理单位是什么”“数据类型误判会引发哪些分析错误”“ ...
2026-09-03CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 一、8个核心数据清洗函数 1. TRIM:一键清除多余空格(最常用) 作用:仅保留文本中"单词/字 ...
2026-09-02数据分析的核心并非单纯操作工具、整理报表或绘制图表,而是依靠科学的思维逻辑挖掘数据价值、解释业务现象、指导经营决策。在完 ...
2026-09-02在社会经济、产业研究、区域治理与大数据实证分析中,面板数据是最具研究价值的数据类型。面板数据同时包含截面维度与时间维度信 ...
2026-09-02 很多数据分析师能熟练计算均值、标准差,但当被问到“如何用一张图让业务方3秒内看懂核心结论”“面对不同数据类型该怎么选 ...
2026-09-02在数据驱动决策的体系中,数据分析按照分析目的可分为描述性分析、诊断性分析、预测性分析与指导性分析四大类型。其中,诊断性分 ...
2026-09-01网络请求是Python爬虫开发、接口测试、数据拉取的核心基础功能,Python生态中主要依靠 urllib 和 requests 两大库实现HTTP请求操 ...
2026-09-01 很多数据分析师面对业务问题时,常常感到“知道要分析,却不知道用什么方法”。其实,数据分析并非无章可循——从三大基础范 ...
2026-09-01在数据库设计与业务数据维护中,自增ID是数据表最常用的主键字段,用于唯一标识每一条业务数据,正常状态下ID应保持连续递增。但 ...
2026-08-31在数理统计、数据分析、经济测算与日常量化评估中,平均值是刻画数据集中趋势、反映整体水平的基础核心指标。在实际应用中,最常 ...
2026-08-31在数据驱动的时代,数据分析早已不是“凭经验、靠感觉”的零散操作,而是一套具备固定逻辑、标准化流程的系统方法——这就是数据 ...
2026-08-31