The study of optimal decision trees has gained increasing attention in recent years; however, despite substantial progress, it still suffers from two major challenges: First, trees constructed by existing optimal decision tree (ODT) algorithms have limited expressivity, as they are typically restricted to axis-parallel splits or binary features. Second, these algorithms generally do not scale well to large datasets. These two challenges are intertwined: decision trees with more expressive splitting rules incur significantly higher combinatorial complexity, making the ODT problem even more difficult to solve when using complex splits. Building on He and Little's proper decision tree framework, we propose the first algorithm for solving the optimal hypersurface decision tree problem with time complexity $O\left(K!\times N^{DG+G}\right)$, where $G$ is a variable depends on both $K$ (tree size), $M$ (polynomial degree of hypersurface) and $D$ (data dimension). To the best of our knowledge, no known algorithm is capable of producing decision trees with hypersurface splits. Moreover, the proposed algorithm is inherently amenable to vectorization, enabling efficient parallelization. Its generic design pattern also allows it to be used to accelerate other ODT variants, such as axis-parallel decision trees. Furthermore, we identify an effective pruning strategy for the optimal hypersurface decision tree problem, which enables our algorithm to run significantly faster than the worst-case upper bound, together with an incremental procedure that reduces the cost of checking the feasibility of a single configuration from quadratic to linear time.


翻译:近年来,最优决策树的研究日益受到关注,然而,尽管取得了显著进展,但仍面临两大主要挑战:首先,现有最优决策树(ODT)算法构建的树表达力有限,通常局限于轴平行分割或二元特征;其次,这些算法通常难以高效扩展到大规模数据集。这两个挑战相互交织:具有更强表达力分割规则的决策树会带来显著更高的组合复杂度,使得采用复杂分割时求解ODT问题更加困难。基于He与Little的适当决策树框架,我们提出了首个求解最优超曲面决策树问题的算法,其时间复杂度为$O\left(K!\times N^{DG+G}\right)$,其中$G$是一个同时依赖于$K$(树规模)、$M$(超曲面的多项式次数)和$D$(数据维度)的变量。据我们所知,此前没有任何已知算法能够生成具有超曲面分割的决策树。此外,所提算法天然支持向量化,可实现高效并行化;其通用设计模式还可用于加速其他ODT变体,如轴平行决策树。进一步地,我们为最优超曲面决策树问题识别出一种有效的剪枝策略,使得算法实际运行速度显著优于最坏情况上界,同时引入增量式过程,将单个配置可行性检查的成本从二次时间降至线性时间。

0
下载
关闭预览

相关内容

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。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
《面向大规模决策的分布式优化架构》247页
专知会员服务
24+阅读 · 5月12日
【ETHZ博士论文】分布不确定性下的决策,234页pdf
专知会员服务
49+阅读 · 2024年4月5日
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
类脑计算的前沿论文,看我们推荐的这7篇
人工智能前沿讲习班
21+阅读 · 2019年1月7日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月13日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员