Greedy decision tree learning heuristics are mainstays of machine learning practice, but theoretical justification for their empirical success remains elusive. In fact, it has long been known that there are simple target functions for which they fail badly (Kearns and Mansour, STOC 1996). Recent work of Brutzkus, Daniely, and Malach (COLT 2020) considered the smoothed analysis model as a possible avenue towards resolving this disconnect. Within the smoothed setting and for targets $f$ that are $k$-juntas, they showed that these heuristics successfully learn $f$ with depth-$k$ decision tree hypotheses. They conjectured that the same guarantee holds more generally for targets that are depth-$k$ decision trees. We provide a counterexample to this conjecture: we construct targets that are depth-$k$ decision trees and show that even in the smoothed setting, these heuristics build trees of depth $2^{\Omega(k)}$ before achieving high accuracy. We also show that the guarantees of Brutzkus et al. cannot extend to the agnostic setting: there are targets that are very close to $k$-juntas, for which these heuristics build trees of depth $2^{\Omega(k)}$ before achieving high accuracy.


翻译:贪婪决策树的学习杂务是机器学习实践的支柱,但经验成功的理论理由仍然难以找到。事实上,人们早已知道,有些简单的目标功能是他们严重失败的(Kearns和Mansour,STOC,1996年)。Brutzkus、Daniely和Malach(COLT 2020年)最近的工作认为,平滑的分析模型是解决这一脱节的可能途径。在平滑的设置和以美元计价的美元中,它们表明这些超自然界成功地用深度-美元决定树假设学习了美元。它们预测,对于深度-k$决策树的目标,同样的保证将更为普遍地保留在深度-k美元决定树上。我们对这一推论提供了反比:我们构建了深度-k美元决策树的目标,并表明即使在平滑的环境下,这些超自然界在达到高深度之前就建造了2美元深的树。我们还表明,布鲁茨库和他人的保证不能延伸到高水平的树。

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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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