Decision tree algorithms have been among the most popular algorithms for interpretable (transparent) machine learning since the early 1980's. The problem that has plagued decision tree algorithms since their inception is their lack of optimality, or lack of guarantees of closeness to optimality: decision tree algorithms are often greedy or myopic, and sometimes produce unquestionably suboptimal models. Hardness of decision tree optimization is both a theoretical and practical obstacle, and even careful mathematical programming approaches have not been able to solve these problems efficiently. This work introduces the first practical algorithm for optimal decision trees for binary variables. The algorithm is a co-design of analytical bounds that reduce the search space and modern systems techniques, including data structures and a custom bit-vector library. Our experiments highlight advantages in scalability, speed, and proof of optimality. The code is available at https://github.com/xiyanghu/OSDT.


翻译:自20世纪80年代初以来,决策树算法一直是可解释(透明)机器学习中最流行的算法之一。然而,自决策树算法问世以来,始终困扰其发展的核心问题是缺乏最优性,即无法保证接近最优:决策树算法通常采用贪婪或短视策略,有时会产生明显非最优的模型。决策树优化的困难既是理论障碍也是实践障碍,即使采用精细的数学规划方法也无法高效解决这些问题。本文首次提出针对二元变量的最优决策树的实用算法。该算法协同设计了缩减搜索空间的分析边界与现代系统技术,包括数据结构及自定义位向量库。我们的实验凸显了其在可扩展性、运行速度和最优性证明方面的优势。代码地址为:https://github.com/xiyanghu/OSDT。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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