Decision Trees (DTs) are commonly used for many machine learning tasks due to their high degree of interpretability. However, learning a DT from data is a difficult optimization problem, as it is non-convex and non-differentiable. Therefore, common approaches learn DTs using a greedy growth algorithm that minimizes the impurity locally at each internal node. Unfortunately, this greedy procedure can lead to suboptimal trees. In this paper, we present a novel approach for learning hard, axis-aligned DTs with gradient descent. The proposed method uses backpropagation with a straight-through operator on a dense DT representation to jointly optimize all tree parameters. Our approach outperforms existing methods on binary classification benchmarks and achieves competitive results for multi-class tasks.


翻译:决策树因其高度的可解释性而广泛用于许多机器学习任务。然而,从数据中学习决策树是一个困难的优化问题,因为它既非凸又不可微。因此,常见方法采用贪心生长算法来学习决策树,该算法在每个内部节点局部地最小化不纯度。遗憾的是,这种贪心过程可能导致次优的树。本文提出了一种新的方法,用于通过梯度下降学习硬性的、轴对齐的决策树。所提出的方法在密集决策树表示上使用带straight-through算子的反向传播,以联合优化所有树参数。我们的方法在二分类基准测试中优于现有方法,并在多分类任务中取得了具有竞争力的结果。

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