随机森林为什么不会过度拟合

来源：知乎

谢宇杰

大型机软件工程师

不是不会过拟合，而是在满足一定的条件下不容易过拟合。特征参数要足够多，特征参数之间相关性尽量低。

知乎用户

Breiman的这句话完全错误，根本没有不过拟合的学习方法！

对于随机森林来说: 在有躁音的情况下(注意，现实世界应用中躁音不能忽略)，树太少很容易过拟合，增加树可以减小过拟合，但没有办法完全消除过拟合，无论你怎么增加树都不行。

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随机森林

决策树主要流行的算法有ID3算法，C45算法、CART算法，主要花费时间在建决策树和剪枝过程中，但一旦建成决策树，由于他是树形结构能够直观的显示出模型，而且在后期的分类过程中也比较容易分类，但决策树有一些不好的地方，比如容易过拟合。为了减少决策树的不足，近年来又提出了许多模型组和+决策树的算法，这些算法都是生成N棵决策树，虽然这N棵树都很简单，但是它们综合起来就很强大了，有点类似与adaboost算法。

随机森林主要思想是先对原始样本随机选出N 个训练子集用于随机生成N颗决策树，针对每个样本集在构建决策树的选择最优属性进行划分时是随机选择m个属性，而不是像常用的决策树将所有的属性参与选择，再由这些决策树构成一个森林,随机森林的每一棵决策树之间是没有关联的。在得到森林之后，当有一个新的输入样本进入的时候，就让森林中的每一棵决策树分别进行一下判断，看看这个样本应该属于哪一类，然后看看哪一类被选择最多，就预测这个样本为那一类。

随机森林算法三个步骤：

（1）为每棵决策树抽样产生训练集

随机森林算法采用Bagging抽样技术从原始训练集中产生N 个训练子集(假设要随机生成N颗决策树)，每个训练子集的大小约为原始训练集的三分之二，每次抽样均为随机且放回抽样，这样使得训练子集中的样本存在一定的重复，这样做的目的是为了在训练的时候，每一棵树的输入样本都不是全部的样本，使森林中的决策树不至于产生局部最优解。

（2）构建决策树

为每一个训练子集分别建立一棵决策树，生成N棵决策树从而形成森林，每棵决策树不需要剪枝处理。

由于随机森林在进行节点分裂时，随机地选择某m个属性（一般是随机抽取指定logM +1个随机特征变量,m<<M）参与比较，而不是像决策树将所有的属性都参与属性指标的计算。为了使每棵决策树之间的相关性减少，同时提升每棵决策树的分类精度，从而达到节点分裂的随机性。

（3）森林的形成

随机森林算法最终的输出结果根据随机构建的N棵决策子树将对某测试样本进行分类，将每棵子树的结果汇总，在所得到的结果中哪个类别较多就认为该样本是那个类别。

由于上面两个随机采样（从原始训练集中随机产生N个训练子集用于随机生成N颗决策树和在针对每个样本集构建决策树过程中随机地选择m个属性）的过程保证了随机性，所以不会出现过拟合over-fitting。随机森林中的每一棵数分类的能力都很弱，但是多棵树组合起来就变的NB，因为每棵树都精通某一方面的分类，多棵树组成一个精通不同领域的决策专家。

随机森林优缺点

优点：

1、随机森林可以处理高维数据，并确定变量的重要性，是一个不错的降维方法；

2、对数据缺失，随机森林也能较好地保持精确性；

3、当存在分类不平衡的情况时，随机森林能够提供平衡数据集误差的有效方法；

缺点：

1、随机森林算法可以解决回归问题，但是由于不能输出一个连续型值和作出超越训练集数据范围的预测，导致在对某些噪声的数据进行建模时出现过度拟合；

2、随机森林算法类似于黑盒子，由于几乎无法控制模型内部的运行，只能在不同的参数和随机种子之间进行尝试。

随机森林算法是基于决策树的集成学习算法，其核心思想是将多个决策树集合起来，以求取最优解。随机森林的原理是先在每个决策树中随机选择特征、特征值对数据进行划分，然后每棵决策树给出预测结果，最后通过投票结果确定最终的预测结果。优点是算法稳定，预测准确，而且可以处理缺失值，计算结果可解释性强。主要参数有决策树数目、特征选择策略、内部节点再划分最小样本数、叶子节点最小样本数等。

拓展：随机森林算法可以用来进行分类和回归，并且可以用来做特征选择，从而达到减少特征维度的目的，节省计算时间和提高模型准确度。

随机森林顾名思义，是用随机的方式建立一个森林，森林里面有很多的决策树组成，随机森林的每一棵决策树之间是没有关联的。在得到森林之后，当有一个新的输 入样本进入的时候，就让森林中的每一棵决策树分别进行一下判断，看看这个样本应该属于哪一类（对于分类算法），然后看看哪一类被选择最多，就预测这个样本 为那一类。

在建立每一棵决策树的过程中，有两点需要注意 - 采样与完全分裂。首先是两个随机采样的过程，random forest对输入的数据要进行行、列的采样。对于行采样，采用有放回的方式，也就是在采样得到的样本集合中，可能有重复的样本。假设输入样本为N个，那 么采样的样本也为N个。

随机森林是一种集成算法（EnsembleLearning），它属于Bagging类型，通过组合多个弱分类器，最终结果通过投票或取均值，使得整体模型的结果具有较高的精确度和泛化性能。

是一种在原始数据集上通过有放回抽样重新选出k个新数据集来训练分类器的集成技术。它使用训练出来的分类器的集合来对新样本进行分类，然后用多数投票或者对输出求均值的方法统计所有分类器的分类结果，结果最高的类别即为最终标签。此类算法可以有效降低bias，并能够降低variance。

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