Gbdtの仕組みと手順を図と具体例で直感的に理解する / 薔薇は修羅場で生まれるEbookjapan
- 強力な機械学習モデル(勾配ブースティング木)の紹介｜ワピア｜note
- 勾配ブースティング木手法をPythonで実装して比較していく！｜スタビジ
- 勾配ブースティング決定木を用いた橋梁損傷原因および補修工法の推定と分析
- 勾配ブースティング決定木を用いたマーケティング施策の選定 - u++の備忘録
- 薔薇は修羅場で生まれる zip
- 薔薇は修羅場で生まれる 試し読み
- 薔薇は修羅場で生まれる
強力な機械学習モデル(勾配ブースティング木)の紹介｜ワピア｜Note
給料の平均を求める 計算結果を予測1とします。 これをベースにして予測を行います。 ステップ2. 誤差を計算する 「誤差1」=「給料の値」ー「予測1」で誤差を求めています。 例えば・・・ 誤差1 = 900 - 650 = 250 カラム名は「誤差1」とします。 ステップ3. 誤差を予測する目的で決定木を構築する 茶色の部分にはデータを分ける条件が入り、緑色の部分(葉)には各データごとの誤差の値が入ります。 葉の数よりも多く誤差の値がある場合は、1つの葉に複数の誤差の値が入り、平均します。 ステップ4. アンサンブルを用いて新たな予測値を求める ここでは、決定木の構築で求めた誤差を用いて、給料の予測値を計算します。 予測2 = 予測1(ステップ1) + 学習率 * 誤差 これを各データに対して計算を行います。 予測2 = 650 + 0. 勾配ブースティング決定木を用いた橋梁損傷原因および補修工法の推定と分析. 1 * 200 = 670 このような計算を行って予測値を求めます。 ここで、予測2と予測1の値を比べてみてください。 若干ではありますが、実際の値に予測2の方が近づいていて、誤差が少しだけ修正されています。 この「誤差を求めて学習率を掛けて足す」という作業を何度も繰り返し行うことで、精度が少しずつ改善されていきます。 ※学習率を乗算する意味 学習率を挟むことで、予測を行うときに各誤差に対して学習率が乗算され、 何度もアンサンブルをしなければ予測値が実際の値に近づくことができなくなります。その結果過学習が起こりづらくなります。 学習率を挟まなかった場合と比べてみてください! ステップ5. 再び誤差を計算する ここでは、予測2と給料の値の誤差を計算します。ステップ3と同じように、誤差の値を決定木の葉に使用します。 「誤差」=「給料の値」ー「予測2」 誤差 = 900 - 670 = 230 このような計算をすべてのデータに対して行います。 ステップ6. ステップ3~5を繰り返す つまり、 ・誤差を用いた決定木を構築 ・アンサンブルを用いて新たな予測値を求める ・誤差を計算する これらを繰り返します。 ステップ7. 最終予測を行う アンサンブル内のすべての決定木を使用して、給料の最終的な予測を行います。 最終的な予測は、最初に計算した平均に、学習率を掛けた決定木をすべて足した値になります。 GBDTのまとめ GBDTは、 -予測値と実際の値の誤差を計算 -求めた誤差を利用して決定木を構築 -造った決定木をそれ以前の予測結果とアンサンブルして誤差を小さくする→精度があがる これらを繰り返すことで精度を改善する機械学習アルゴリズムです。この記事を理解した上で、GBDTの派生であるLightgbmやXgboostの解説記事を見てみてみると、なんとなくでも理解しやすくなっていると思いますし、Kaggleでパラメータチューニングを行うのにも役に立つと思いますので、ぜひ挑戦してみてください。 Twitter・Facebookで定期的に情報発信しています!
勾配ブースティング木手法をPythonで実装して比較していく！｜スタビジ
それでは、ご覧いただきありがとうございました!
勾配ブースティング決定木を用いた橋梁損傷原因および補修工法の推定と分析
まず、勾配ブースティングは「勾配+ブースティング」に分解できます。 まずは、ブースティングから見ていきましょう! 機械学習手法には単体で強力な精度をたたき出す「強学習器( SVM とか)」と単体だと弱い「 弱学習器 ( 決定木 とか)」あります。 弱学習器とは 当サイト【スタビジ】の本記事では、機械学習手法の基本となっている弱学習器についてまとめていきます。実は、ランダムフォレストやXgboostなどの強力な機械学習手法は弱学習器を基にしているんです。弱学習器をアンサンブル学習させることで強い手法を生み出しているんですよー!... 弱学習器単体だと、 予測精度の悪い結果になってしまいますが複数組み合わせて使うことで強力な予測精度を出力するのです。 それを アンサンブル学習 と言います。 そして アンサンブル学習 には大きく分けて2つの方法「バギング」「ブースティング」があります(スタッキングという手法もありますがここではおいておきましょう)。 バギングは並列に 弱学習器 を使って多数決を取るイメージ バギング× 決定木 は ランダムフォレスト という手法で、こちらも非常に強力な機械学習手法です。 一方、ブースティングとは前の弱学習器が上手く識別できなった部分を重点的に次の弱学習器が学習する直列型のリレーモデル 以下のようなイメージです。 そして、「 Xgboost 」「 LightGBM 」「 Catboost 」はどれもブースティング×決定木との組み合わせなんです。 続いて勾配とは何を示しているのか。 ブースティングを行う際に 損失関数というものを定義してなるべく損失が少なくなるようなモデルを構築する のですが、その時使う方法が勾配降下法。 そのため勾配ブースティングと呼ばれているんです。 最適化手法にはいくつか種類がありますが、もし興味のある方は以下の書籍が非常におすすめなのでぜひチェックしてみてください! 厳選5冊!統計学における数学を勉強するためにおすすめな本! 勾配ブースティング決定木を用いたマーケティング施策の選定 - u++の備忘録. 当サイト【スタビジ】の本記事では、統計学の重要な土台となる数学を勉強するのにおすすめな本を紹介していきます。線形代数や微積の理解をせずに統計学を勉強しても効率が悪いです。ぜひ数学の知識を最低限つけて統計学の学習にのぞみましょう!... 勾配ブースティングをPythonで実装 勾配ブースティングについてなんとなーくイメージはつかめたでしょうか?
勾配ブースティング決定木を用いたマーケティング施策の選定 - U++の備忘録
こんにちは、ワピアです。😄 今回は、機械学習モデルの紹介をしたいと思います。 この記事では、よく使われる勾配ブースティング木(GBDT)の紹介をします! 勾配ブースティング木とは 基本的には有名な決定木モデルの応用と捉えていただければ大丈夫です。 GBDT(Gradient Boosting Decision Tree)と略されますが、もしかしたらより具体的なライブラリ名であるxgboost、lightgbmの方が知られているかもしれません。コンペとかでよく見ますよね。 コンペでよく見られるほど強力なモデルなので、ぜひ実装できるようにしましょう! GBDTの大まかな仕組み 数式を使って説明すると長~くなりそうなのでざっくり説明になります。 基本原理は以下の2点です。 1. 目的変数(求めたい結果)と予測値との誤差を減らす ように、決定木で学習させる。 2.1を繰り返しまくって、誤差を減らす 前の学習をもとに新たな学習を行うので、繰り返せば繰り返すほど、予測精度は上がります! モデル実装の注意点 良い点 ・欠損値をそのまま扱える ・特徴量のスケーリングの必要なし(決定木なので大小関係しか問わない) スケーリングしても大小は変わらないので効果がないため、、、 ・カテゴリ変数をone-hot encodingしなくてOK これいいですよね、ダミー変数作るとカラムめちゃくちゃ増えますし、、、 ※one-hot encodingとは カテゴリ変数の代表的な変換方法 別の記事で触れます!すみません。 注意すべき点 ・過学習に注意 油断すると過学習します。トレーニングデータでの精度の高さに釣られてはいけません。 いよいよ実装! それでは、今回はxgboostでGBDTを実現しようと思います! import xgboost as xgb reg = xgb. 勾配ブースティング木手法をPythonで実装して比較していく！｜スタビジ. XGBClassifier(max_depth= 5) (train_X, train_y) (test_X, test_y) 元データをトレーニングデータとテストデータに分けたところから開始しています。 これだけ? ?と思ったかもしれません。偉大な先人たちに感謝・平伏しております😌 最後に いかがだったでしょうか。 もう少し加筆したいところがあるので、追記していきたいと思います。 勾配ブースティング木は非常に強力ですし、初手の様子見として非常にいいと思います。パラメータをチューニングせずとも高精度だからです。 ぜひ使ってみてはいかがでしょうか。 何かご質問や訂正等ございましたら、コメントにお願いします!
それでは実際に 勾配ブースティング手法をPythonで実装して比較していきます! 使用するデータセットは画像識別のベンチマークによく使用されるMnistというデータです。 Mnistは以下のような特徴を持っています。 ・0~9の手書き数字がまとめられたデータセット ・6万枚の訓練データ用(画像とラベル) ・1万枚のテストデータ用(画像とラベル) ・白「0」~黒「255」の256段階 ・幅28×高さ28フィールド ディープラーニング のパフォーマンスをカンタンに測るのによく利用されますね。 Xgboost さて、まずは Xgboost 。 Xgboost は今回比較する勾配ブースティング手法の中でもっとも古い手法です。 基本的にこの後に登場する LightGBM も Catboost も Xgboost をもとにして改良を重ねた手法になっています。 どのモデルもIteration=100, eary-stopping=10で比較していきましょう! 結果は・・・以下のようになりました。 0. 9764は普通に高い精度!! ただ、学習時間は1410秒なので20分以上かかってます Xgboost については以下の記事で詳しくまとめていますのでこちらもチェックしてみてください! XGboostとは?理論とPythonとRでの実践方法! 当ブログ【スタビジ】の本記事では、機械学習手法の中でも非常に有用で様々なコンペで良く用いられるXgboostについてまとめていきたいと思います。最後にはRで他の機械学習手法と精度比較を行っているのでぜひ参考にしてみてください。... Light gbm 続いて、 LightGBM ! LightGBM は Xgboost よりも高速に結果を算出することにできる手法! Xgboost を含む通常の決定木モデルは以下のように階層を合わせて学習していきます。 それをLevel-wiseと呼びます。 (引用元: Light GBM公式リファレンス ) 一方Light GBMは以下のように葉ごとの学習を行います。これをleaf-wise法と呼びます。 (引用元: Light GBM公式リファレンス ) これにより、ムダな学習をしなくても済むためより効率的に学習を進めることができます。 詳しくは以下の記事でまとめていますのでチェックしてみてください! LightGBMの仕組みとPythonでの実装を見ていこう!
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