【机器学习入门】7.1 决策树 —— 像 “判断流程图” 一样做分类

在机器学习的分类算法里,有一类算法特别 "直观"------ 它不用复杂的概率计算,也不用绕人的公式,而是像我们日常生活中的 "判断流程" 一样,一步一步得出结论。它就是决策树(Decision Tree)

本文会从一个真实的银行贷款场景切入,帮你看懂决策树的判断逻辑,再抽象出决策树的核心定义和结构,最后讲清它如何帮我们解决分类问题。全程无复杂公式,纯入门友好,看完就能学会 "用决策树做判断"。

一、从银行贷款案例,看懂决策树的 "日常逻辑"

我们先从一个银行的实际问题说起:银行给用户放贷款前,最关心的是 "这个用户能不能按时还款"。如果凭感觉判断,很容易出错;但如果有一套固定的判断流程,就能高效又准确。

银行根据经验,总结出了三个影响 "还款能力" 的关键特征:

  1. 是否拥有房产(有 / 无)
  2. 是否结婚(是 / 否)
  3. 平均月收入(>6000 元 / ≤6000 元)

然后,银行制定了一套判断流程 ------ 这套流程,其实就是一棵简单的决策树:

1. 详细判断流程(跟着走一遍就懂)

我们拿 3 个申请贷款的用户举例,跟着流程判断:

  • 用户 A :没房产、没结婚、月收入 8000 元第一步:看 "是否有房产"→ 无;第二步:看 "是否结婚"→ 否;第三步:看 "月收入"→ >6000 元;结论:可以偿还贷款。

  • 用户 B :没房产、没结婚、月收入 5000 元第一步:无房产;第二步:没结婚;第三步:月收入≤6000 元;结论:不能偿还贷款。

  • 用户 C :没房产、已结婚、月收入 4000 元第一步:无房产;第二步:已结婚;结论:可以偿还贷款(不用看月收入了)。

2. 把流程画成 "树":决策树的直观形态

我们把上面的判断流程,用 "树" 的形式画出来:
图片来源于网络,仅供学习参考

从这个 "树" 里,我们能清晰看到:每一步判断对应一个 "节点",每一个选择对应一个 "分支",最后的结论对应一个 "叶子"------ 这就是决策树最本质的样子。

二、决策树的正式定义:拆解开的 "树结构"

从上面的贷款案例,我们可以抽象出决策树的正式定义:决策树是一种基于 "树结构" 的分类器,它通过对特征属性的逐步测试,将数据分到不同的类别中。整个树由 "非叶节点""分支" 和 "叶节点" 三部分组成,每一部分都有明确的作用。

我们结合贷款案例,逐一拆解这三个核心组成部分:

1. 非叶节点:"我们要判断什么?"

非叶节点(也叫 "内部节点")代表一个特征属性的测试------ 简单说,就是 "这一步我们要问哪个问题"。比如贷款案例中的 "是否拥有房产""是否结婚""平均月收入",都是非叶节点:它们的作用是提出 "测试问题",引导后续的判断方向。

非叶节点有个特点:它下面一定会分出多个分支(因为一个特征至少有 2 个取值,比如 "有房产" 和 "无房产"),不会直接出结论。

2. 分支:"这个问题的答案是什么?"

分支代表非叶节点(特征测试)在某个值域上的输出------ 也就是 "问题的具体答案"。比如 "是否拥有房产" 这个非叶节点,分出的 "有" 和 "无" 就是两个分支;"平均月收入" 分出的 ">6k" 和 "≤6k" 也是分支。

每个分支都对应一个 "下一步方向":要么指向另一个非叶节点(需要继续判断),要么指向叶节点(直接出结论)。

3. 叶节点:"最终结论是什么?"

叶节点是决策树的 "终点",它存放着一个具体的类别------ 也就是我们最终要得到的分类结果。比如贷款案例中的 "可以偿还" 和 "不能偿还",都是叶节点:一旦判断走到叶节点,就不用再往下走了,直接取叶节点的类别作为结果。

叶节点的特点:它下面没有任何分支,是 "判断的终点"。

三、决策树的核心作用:从 "训练" 到 "分类"

决策树不是天生就有的,它需要通过 "训练数据" 构建出来;构建好之后,就能用它对 "未知数据" 做分类。这两步是决策树的核心应用流程,我们结合贷款场景讲清楚:

1. 第一步:用训练数据 "构建决策树"

银行不会凭空想出上面的判断流程,而是通过 "过去的贷款数据"(也就是训练数据)总结出来的。训练数据里包含很多 "历史用户" 的信息:每个用户的 "是否有房产、是否结婚、月收入"(特征),以及 "最终是否还款"(类别)。

比如训练数据里有 100 个用户,银行发现:

  • 有房产的 80 个用户里,90% 都还款了 → 所以 "有房产" 直接对应 "可以偿还";
  • 没房产但结婚的 15 个用户里,80% 还款了 → 所以 "没房产 + 结婚" 对应 "可以偿还";
  • 没房产没结婚的 5 个用户里,只有月收入 > 6k 的 2 人还款了 → 所以要加 "月收入" 的判断。

通过分析训练数据中 "特征" 和 "类别" 的关系,银行就能构建出前面那棵 "贷款决策树"------ 这个过程就是 "决策树的训练"。

2. 第二步:用构建好的决策树 "分类未知数据"

当有新用户(未知数据)申请贷款时,银行就用已经构建好的决策树做判断:从决策树的 "根节点"(第一个非叶节点,比如 "是否拥有房产")开始,根据新用户的特征,一步步顺着分支往下走,直到走到叶节点,叶节点的类别就是 "这个用户是否能还款" 的分类结果。

比如新用户 "小李":没房产、没结婚、月收入 7000 元。判断流程:根节点(无房产)→ 下一个节点(没结婚)→ 下一个节点(月收入 > 6k)→ 叶节点(可以偿还)。最终分类结果:小李可以偿还贷款。

这个过程就像 "顺着地图找终点",非常直观,不用做任何复杂计算 ------ 这也是决策树比其他算法(比如朴素贝叶斯)更易理解的原因。

四、入门必知的 2 个关键提示

1. 看懂决策树的核心:"从根到叶,一步一步走"

对入门者来说,不用一开始就纠结 "决策树怎么构建",先学会 "怎么用现成的决策树做判断"。记住一个简单方法:从根节点(第一个判断)开始,根据数据的特征选分支,一直走到叶节点,叶节点的类别就是结果。就像走迷宫一样,跟着分支走,终点就是答案。

2. 决策树的本质:"分而治之" 的思想

决策树能解决分类问题,核心是 "分而治之"------ 把 "判断用户是否还款" 这个复杂问题,拆成 "先看房产→再看婚姻→最后看收入" 这三个简单的小判断。每个小判断都很容易做,把这些小判断的结果汇总起来,就解决了复杂的大问题。这种 "拆复杂、做简单" 的思路,也是很多机器学习算法的核心,理解它能帮你更快入门其他算法。

总结

决策树是机器学习入门阶段最 "接地气" 的分类算法之一:它像一张 "判断流程图",用 "非叶节点提问题、分支给答案、叶节点出结论" 的方式,把复杂的分类问题变得直观又简单。

对刚入门的同学来说,你不需要一开始就掌握决策树的构建细节(比如怎么选第一个判断的特征),先试着 "顺着决策树走一遍判断流程",比如用贷款案例中的树,给身边的人 "模拟判贷款",就能轻松理解它的核心逻辑。

下一篇我们会深入讲 "决策树怎么构建"(比如为什么先判断 "房产" 而不是 "收入"),但对现在的你来说,先吃透 "判断流程",就是理解决策树的最好开始~

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