GBDT分类器预测 (GbdtPredictBatchOp)

Java 类名:com.alibaba.alink.operator.batch.classification.GbdtPredictBatchOp

Python 类名:GbdtPredictBatchOp

功能介绍

功能介绍

梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Trees)二分类,是经典的基于梯度提升的有监督学习模型,可以用来解决二分类问题

算法原理

梯度提升决策树模型构建了一个由多棵决策树组成的组合模型。每一棵决策树对应一个弱学习器,将这些弱学习器组合在一起,可以达到比较好的分类或回归效果。

梯度提升的基本递推结构为:

$$F_{m}(x) = F_{m-1}(x) + \beta_{m}h(x;a_m)$$

其中 $h(x;a_m)$ 通常为一棵 CART[2] 决策树,${a_m}$ 为在这棵决策树下的分割变量,$\beta_{m}h(x;a_m)$ 为在 $h(x;a_m)$ 约束下的步长,通过这个递推结构即可得出最终模型。

算法使用

对于一些常见的二分类问题,都可以使用这个算法解决,模型拥有较好的性能,且拥有不错的可解释性,在实际场景中,应用较为广泛。

  • 支持连续特征和离散特征
  • 支持数据采样和特征采样
  • 目标分类必须为两个

文献或出处

  1. Friedman J H. Greedy function approximation: a gradient boosting machine[J]. Annals of statistics, 2001: 1189-1232.
  2. Breiman, L., Friedman, J. H., Olshen, R. and Stone, C. (1983). Classification and Regression
    Trees. Wadsworth, Belmont, CA.
  3. weka
  4. xgboost
  5. lightgbm

参数说明

名称 中文名称 描述 类型 是否必须? 取值范围 默认值
predictionCol 预测结果列名 预测结果列名 String
modelFilePath 模型的文件路径 模型的文件路径 String null
predictionDetailCol 预测详细信息列名 预测详细信息列名 String
reservedCols 算法保留列名 算法保留列 String[] null
vectorCol 向量列名 向量列对应的列名,默认值是null String 所选列类型为 [DENSE_VECTOR, SPARSE_VECTOR, STRING, VECTOR] null
numThreads 组件多线程线程个数 组件多线程线程个数 Integer 1

代码示例

Python 代码

from pyalink.alink import *

import pandas as pd

useLocalEnv(1)

df = pd.DataFrame([
    [1.0, "A", 0, 0, 0],
    [2.0, "B", 1, 1, 0],
    [3.0, "C", 2, 2, 1],
    [4.0, "D", 3, 3, 1]
])
batchSource = BatchOperator.fromDataframe(
    df, schemaStr=' f0 double, f1 string, f2 int, f3 int, label int')
streamSource = StreamOperator.fromDataframe(
    df, schemaStr=' f0 double, f1 string, f2 int, f3 int, label int')

trainOp = GbdtTrainBatchOp()\
    .setLearningRate(1.0)\
    .setNumTrees(3)\
    .setMinSamplesPerLeaf(1)\
    .setLabelCol('label')\
    .setFeatureCols(['f0', 'f1', 'f2', 'f3'])\
    .linkFrom(batchSource)
predictBatchOp = GbdtPredictBatchOp()\
    .setPredictionDetailCol('pred_detail')\
    .setPredictionCol('pred')
predictStreamOp = GbdtPredictStreamOp(trainOp)\
    .setPredictionDetailCol('pred_detail')\
    .setPredictionCol('pred')

predictBatchOp.linkFrom(trainOp, batchSource).print()
predictStreamOp.linkFrom(streamSource).print()

StreamOperator.execute()

Java 代码

import org.apache.flink.types.Row;

import com.alibaba.alink.operator.batch.BatchOperator;
import com.alibaba.alink.operator.batch.classification.GbdtPredictBatchOp;
import com.alibaba.alink.operator.batch.classification.GbdtTrainBatchOp;
import com.alibaba.alink.operator.batch.source.MemSourceBatchOp;
import com.alibaba.alink.operator.stream.StreamOperator;
import com.alibaba.alink.operator.stream.classification.GbdtPredictStreamOp;
import com.alibaba.alink.operator.stream.source.MemSourceStreamOp;
import org.junit.Test;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class GbdtPredictBatchOpTest {
	@Test
	public void testGbdtPredictBatchOp() throws Exception {
		List <Row> df = Arrays.asList(
			Row.of(1.0, "A", 0, 0, 0),
			Row.of(2.0, "B", 1, 1, 0),
			Row.of(3.0, "C", 2, 2, 1),
			Row.of(4.0, "D", 3, 3, 1)
		);

		BatchOperator <?> batchSource = new MemSourceBatchOp(
			df, " f0 double, f1 string, f2 int, f3 int, label int");
		StreamOperator <?> streamSource = new MemSourceStreamOp(
			df, " f0 double, f1 string, f2 int, f3 int, label int");
		BatchOperator <?> trainOp = new GbdtTrainBatchOp()
			.setLearningRate(1.0)
			.setNumTrees(3)
			.setMinSamplesPerLeaf(1)
			.setLabelCol("label")
			.setFeatureCols("f0", "f1", "f2", "f3")
			.linkFrom(batchSource);
		BatchOperator <?> predictBatchOp = new GbdtPredictBatchOp()
			.setPredictionDetailCol("pred_detail")
			.setPredictionCol("pred");
		StreamOperator <?> predictStreamOp = new GbdtPredictStreamOp(trainOp)
			.setPredictionDetailCol("pred_detail")
			.setPredictionCol("pred");
		predictBatchOp.linkFrom(trainOp, batchSource).print();
		predictStreamOp.linkFrom(streamSource).print();
		StreamOperator.execute();
	}
}

运行结果

f0 f1 f2 f3 label pred pred_detail
1.0000 A 0 0 0 0 {“0”:0.9849144946061075,“1”:0.01508550539389248}
2.0000 B 1 1 0 0 {“0”:0.9849144946061075,“1”:0.01508550539389248}
3.0000 C 2 2 1 1 {“0”:0.015085505393892529,“1”:0.9849144946061075}
4.0000 D 3 3 1 1 {“0”:0.015085505393892529,“1”:0.9849144946061075}