一
什么是决策树？
决策树模型的本质是由多个判断节点组成的树。 对树的每个节点进行参数判断，进而通过树的最末尾的枝(着急的笔)可以最佳地判断感兴趣的变量的取值。 通常，一个决策树包含一个根节点、多个内部节点和多个急用笔，急用笔对应决策分类结果。 分歧判断，叶子得出结论。
观察简单的决策树模型，根据动物的特征判断是否是鱼。 在决策树模型中，我们来看看各个节点如何判断。 我们能把所有要研究的动物作为树的顶端起点，最先判断它，远离水生存吗？ 如果判断是那样的话，那就不是鱼了。 如果没有的话，再做下一个判断。 有脚蹼吗？ 如果是那样，那就是非鱼类，否则就是鱼类。
我们最多只能通过两个阶段的判断，在树的最末端的叶节点上，对我们感兴趣的问题做出相对最佳的决定。 这就是决策树的逻辑。 非常简单，和人脑理解事物的逻辑很相似。
决策树是一种简单高效且具有说明力的模型，广泛应用于数据分析领域。
简单：逻辑比较简单，整个算法没有更复杂的逻辑，只是分支节点； 效率：模型训练速度快。有力说明：模型的判断逻辑可以用语言清晰地表达出来。 例如，上述决策树在案例中的判断可以直接用语言表达。 无法脱离水生存的没有脚蹼的动物，判断为鱼。 决策树模型应用于数据分析的场景主要有三种：
监督分层； 驱动力分析：分析一个因变量指标受多个因素的影响，不同因素因变量对驱动力的强弱(与驱动力是指相关性，而不是因果性)； 预测：通过模型预测分类； 二
熵是什么？
熵描述的是判断的不确定性，很多决策树的最终判断并不是100%正确的，决策树只是基于不确定性做出最优的判断。
例如在上述决策树的情况下，判断远离水也能生存的是“非鱼类”。 但是，有一种叫做非洲肺鱼的特殊鱼类，即使远离水也能活4年以上。 虽然并不是100%正确，但是我们之所以用这支着急的钢笔判断它不是鱼类，是因为在远离水也能够生存的所有动物中，非常大一部分不是鱼。 这个判断很可能是正确的，但判断依然存在不确定性。
那么什么是不确定性呢？ 如下图所示，女性所占比例为50%，具有最大不确定性。如果女性比例为0%或100%，则具有最小不确定性。 女性的比例为30%，如果有中等不确定性的女性比例为70%，我们此时推测是女性，出错的可能性为1-70%，即30%，和刚才的情况一样。 也就是说，10人中女性是30%还是70%，我们给出的判断不同，但两人判断错误的可能性相同，都是30%；
照片： 10人中随机选择1人，判断性别是男性还是女性
如果尝试使用统计量e来表示不确定性，则e的取值被规定为0到1之间。 他和人群中的女性所占比例应该满足这样的曲线关系，当女性所占比例为0或100%时，判断的不确定性最小e取最小值0的女性比例为50%时，判断的不确定性最大，e取最大值1的女性所占比例而且，取值相对于50%的女性是对称的。
熵用于表达上述不确定性，其公式如下。
Pi的含义：对于事件，有c种可能的结果，每个可能结果的概率为P1、P2…Pc；
熵介于0-1之间。一个判断的不确定性越大，熵就越大；
三
信息增益
信息增益表示经过一次决策判断(分支)后，群体的熵值下降的大小，即父节点的熵与两个子节点的熵值之和的差。
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如上图，信息增益(IG) = 0.5842 – ( 38% * 0.9507 + 62 * 0 )=0.22
四
决策树算法实现步骤
我们继续用上一篇文章《如何用线性回归模型做数据分析》中的共享单车服务满意分数据集来做案例，分析哪一类人群更加偏向于成为公司的推荐者，我们需要分析用户特征，更好的区分出推荐者。
4.1测量节点对应人群的熵
决策树模型的第一步，是测量每个节点对应人群的熵值，最终我们得到可以判断推荐者的决策树。如下图，每个节点中标注两个数字，上面是推荐者比例，下面是用户群占比。初始节点的推荐者比例为0.14，再没任何分叉前，人群占比100%。我们用熵来度量每个节点对应人群的不确定性，推荐者比例趋近0%和100%的人群，熵的值也趋近于0，推荐者比例趋近50%的人群，熵的值则趋近于1。
在这个案例中，我们想知道哪一类人更加偏向成为公司的推荐者，也就是说，我们希望通过决策树，可以尽量地划分出是或者不是推荐者这个事情最为确定的人群。如果这样的人群在树的最终结点、也就是叶子结点可以被很好地划分出来的话，那么叶子结点所对应的人群的特征，就是推荐者或者非推荐者的典型特征。
反应在人群的熵值计算，更大的确定性对应于比较小的熵值。我们实际上是希望通过决策树不断地分叉，使得节点的熵值越来越低，用户的label越来越纯。
4.2节点的分叉-信息增益我们使用信息增益(IG)来判断决策树的分叉方式。
节点分叉规则：在每个节点尝试按照不同特征变量的各种分组方式，选取信息增益最大（熵最小）的方式。
4.3在特定情况树节点停止分叉
决策树不会一直不停分叉，决策树停止分叉的条件通常有：
树的深度 — 如规定树的深度不能超过3叶子结点样本数 — 如叶子结点样本数不能小于10信息增益 — 如每一个分叉的信息增益不能小于0.2（R中的默认值）
停止分叉：再分叉会增加复杂度但是效果没有提高，叶子越多越复杂，会加重解释复杂性。
五
决策树在数据分析中的实战流程
我们了解了决策树模型的算法原理，那么它如何应用在日常的数据分析工作中呢？
继续我们刚才的案例，我们想探究分析用户推荐程度的主要影响因素是什么？可以用决策树模型将用户按照推荐者比例高低进行分层。
一百条数据，由公司员工随机采访100名用户产生，采访对象是北京市四个城区（西城区、东城区、海淀区、朝阳区）的居民，组别分为实验组和对照组。
5.1导入数据集
5.2切割自变量和因变量
5.3将分类变量转换为哑变量
Python大多数算法模型无法直接输入分类变量
5.4训练模型
圈出叶子点-最终划分出的人群分层
5.5分析结果
通过人群特征取值的判断，1、我们划分出了推荐者比例有显著区别的人群2、找出了区分推荐者人群的关键特征，例如：海淀区用户、29岁及以上等
‘5.6决策树扩展
模型建立后，可以将模型用作分类预测；决策树不只可应用于预测量为分类变量，还可应用于数值型因变量，只需将熵改为连续变量的方差；特征划分的方法除了信息增益方法外，还可以用增益率(C4.5决策树)、基尼指数(CART决策树)；剪枝是决策树算法中防止过拟合的主要手段，分为预剪枝与后剪枝。预剪枝指在决策树生成过程中，对每个结点在划分前进行估计，若当前结点划分不能使决策树泛化能力提升则停止划分。后剪枝指先从训练集生成一颗决策树，自底向上对非着急的钢笔进行考察，若该结点对应的子树替换为着急的钢笔能使决策树泛化能力提升，则该子树替换为着急的钢笔；
作者：从容的哈密瓜，数据线 快手社区数据分析，互联网行业的数据分析师 主要分享互联网数据分析、产品、运营相关方法论及思考总结。
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4.3在特定情况树节点停止分叉
决策树不会一直不停分叉，决策树停止分叉的条件通常有：
树的深度 — 如规定树的深度不能超过3叶子结点样本数 — 如叶子结点样本数不能小于10信息增益 — 如每一个分叉的信息增益不能小于0.2（R中的默认值）
停止分叉：再分叉会增加复杂度但是效果没有提高，叶子越多越复杂，会加重解释复杂性。
五
决策树在数据分析中的实战流程
我们了解了决策树模型的算法原理，那么它如何应用在日常的数据分析工作中呢？
继续我们刚才的案例，我们想探究分析用户推荐程度的主要影响因素是什么？可以用决策树模型将用户按照推荐者比例高低进行分层。
一百条数据，由公司员工随机采访100名用户产生，采访对象是北京市四个城区（西城区、东城区、海淀区、朝阳区）的居民，组别分为实验组和对照组。
5.1导入数据集
5.2切割自变量和因变量
5.3将分类变量转换为哑变量
Python大多数算法模型无法直接输入分类变量
5.4训练模型
圈出叶子点-最终划分出的人群分层
5.5分析结果
通过人群特征取值的判断，1、我们划分出了推荐者比例有显著区别的人群2、找出了区分推荐者人群的关键特征，例如：海淀区用户、29岁及以上等
‘5.6决策树扩展
模型建立后，可以将模型用作分类预测；决策树不只可应用于预测量为分类变量，还可应用于数值型因变量，只需将熵改为连续变量的方差；特征划分的方法除了信息增益方法外，还可以用增益率(C4.5决策树)、基尼指数(CART决策树)；剪枝是决策树算法中防止过拟合的主要手段，分为预剪枝与后剪枝。预剪枝指在决策树生成过程中，对每个结点在划分前进行估计，若当前结点划分不能使决策树泛化能力提升则停止划分。后剪枝指先从训练集生成一颗决策树，自底向上对非着急的钢笔进行考察，若该结点对应的子树替换为着急的钢笔能使决策树泛化能力提升，则该子树替换为着急的钢笔；
作者：从容的哈密瓜，数据线 快手社区数据分析，互联网行业的数据分析师 主要分享互联网数据分析、产品、运营相关方法论及思考总结。