Sparse decision tree optimization has been one of the most fundamental problems in AI since its inception and is a challenge at the core of interpretable machine learning. Sparse decision tree optimization is computationally hard, and despite steady effort since the 1960's, breakthroughs have only been made on the problem within the past few years, primarily on the problem of finding optimal sparse decision trees. However, current state-of-the-art algorithms often require impractical amounts of computation time and memory to find optimal or near-optimal trees for some real-world datasets, particularly those having several continuous-valued features. Given that the search spaces of these decision tree optimization problems are massive, can we practically hope to find a sparse decision tree that competes in accuracy with a black box machine learning model? We address this problem via smart guessing strategies that can be applied to any optimal branch-and-bound-based decision tree algorithm. We show that by using these guesses, we can reduce the run time by multiple orders of magnitude, while providing bounds on how far the resulting trees can deviate from the black box's accuracy and expressive power. Our approach enables guesses about how to bin continuous features, the size of the tree, and lower bounds on the error for the optimal decision tree. Our experiments show that in many cases we can rapidly construct sparse decision trees that match the accuracy of black box models. To summarize: when you are having trouble optimizing, just guess.


翻译:松散的决策树优化是AI 成立以来最根本的问题之一,也是在可解释的机器学习核心中的一项挑战。 粗糙的决策树优化在计算上非常困难, 尽管自1960年代以来做出了稳步的努力, 过去几年里,在这一问题上也只取得了突破, 主要是在寻找最佳的草原决策树的问题上。 然而, 目前的先进算法往往需要不切实际的计算时间和记忆量, 以找到一些真实世界数据集的最佳或接近最佳的树木, 特别是那些具有若干连续价值特征的数据集。 鉴于这些决策树优化问题的搜索空间非常庞大, 我们实际上能否希望找到一棵稀薄的决策树, 与黑盒机器学习模式进行精确竞争? 我们通过明智的猜测来解决这个问题, 这些策略可以适用于任何最佳的分支和有限制的决策树的算法。 我们通过这些猜测, 我们可以将运行的时间减少多个数量, 并且提供由此产生的树木可以偏离黑盒准确度和直观能力的界限。 我们的方法让我们可以猜想出如何在最精确的树上建立最精确的试验, 。

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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。

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