決定木とは

けっていぎdecision tree別名 ディシジョンツリー

1行定義

決定木とは、「ある特徴量が基準値以上か」のような条件による分岐を木の形に重ねて、分類や回帰の予測を行う機械学習の手法のことです。

くわしく

決定木は、データを条件で次々に分けていき、最後にたどり着いた場所(葉)で予測を出す手法です。「年齢が40歳以上か」「購入回数が3回以上か」のような質問を上から順にたどる様子が、枝分かれした木に見えることから、この名前がつきました。出力がカテゴリなら分類木、数値なら回帰木と呼びます。

分岐の決め方

学習では、どの特徴量のどの値で分けるかを、分けたあとのグループができるだけ「純粋」になるように選びます。分類木では、1つのグループに同じクラスのデータが集まっているほど純粋だと考えます。不純さを測る指標には、ジニ不純度やエントロピーがよく使われます。回帰木では、グループ内の値のばらつき(二乗誤差)が小さくなる分け方を選びます。代表的なアルゴリズムに、CART、ID3、C4.5があります。

長所と短所

長所は、予測の根拠を「この条件とこの条件を満たしたから」と人が読める形で示せることです。また、基準値との大小比較で分けるため、特徴量の単位をそろえる標準化をしなくても学習できます。

短所は、木を深くするほど学習データの細かい違いまで覚え込み、過学習しやすいことです。木の深さや、葉に含まれるデータ数の下限を制限したり、育てた木の枝を刈り込む剪定を行ったりして対策します。学習データが少し変わるだけで木の形が大きく変わる、不安定さもあります。

アンサンブル学習との関係

1本の決定木の弱点を、多数の木を組み合わせて補うのがアンサンブル学習です。決定木を独立に作って多数決や平均をとるランダムフォレストと、前の木の誤りを順に補う勾配ブースティング(勾配ブースティング決定木)は、どちらも決定木を部品にしています。

覚え方

「質問を順にたどって答えに行き着く、木の形のフローチャート」と覚えます。

G検定での出題

分岐を決める基準(不純度の減少)、予測の根拠を説明しやすい点、深くしすぎたときの過学習、ランダムフォレストや勾配ブースティングの土台としての役割が問われます。

混同しやすい用語

違いを表で比べる:決定木とランダムフォレスト

◯×チェック

  1. 決定木は、基準値との大小比較で分岐するため、特徴量を標準化しなくても学習できる。

    答えを見る

    答え ◯ 正しい

    分け方は値の大小の順序だけで決まるので、単位をそろえても分岐の結果は基本的に変わりません。SVMやk-means法とは異なる点です。

  2. 決定木は、木を深くするほど、未知のデータに対する予測性能も必ず向上する。

    答えを見る

    答え × 誤り

    深くしすぎると学習データの細かい違いまで覚え込み、過学習します。深さの制限や剪定で対策します。

  3. 決定木は分類問題にだけ使える手法で、数値を予測する回帰問題には使えない。

    答えを見る

    答え × 誤り

    葉に数値(その葉に入った学習データの平均など)を持たせる回帰木があり、回帰問題にも使えます。

練習問題

決定木の問題(5問)
  1. AI・機械学習・DLの包含関係
  2. 決定木の分割基準と性質
  3. ランダムフォレストの木の本数とOOB
  4. 勾配ブースティングの予測値の更新
  5. 回帰木による予測の外挿

AIで作成 人による確認:未 誤りを報告

出典と作成について

作成:ウカトレ編集部(AIで作成し、別のAIが一次資料と照合。手順は編集方針)

公開日: 最終更新日: 最終確認日:

対応シラバス:シラバス第1.4版 技術7

出典

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