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決定木の過学習を防ぐ剪定(枝刈り)とは?

決定木には剪定(せんてい)という過程がある。

剪定とは何か?

簡単に紹介。

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目次

決定木の弱点 過学習

あるデータセットから、決定木を作ったとする。

決定木は、大きく茂らせれば茂らせるほど、きれいに分岐して、分類してくれる。

しかしながら、機械学習の観点から言うと、あまりにきれいに分類してしまうのは好ましくない。

なぜなら、完璧にデータセットを分類できても、ほかのデータセットで試してみると、うまく分類できないから。

これを過学習 overfittingという。

Overfittingした決定木は、汎用性がなく応用が利かない。

決定木の過学習を防ぐ剪定

汎用性を持たせて、使える決定木にするために、「剪定 pruning」を行う。

複雑さとあてはまりを犠牲にして、overfittingを避け、汎用性を持たせるのが剪定。

剪定 pruning にはいくつかあるが、代表的なものがcost-complexity pruning。

決定木は、大きくて複雑であればあるほど、誤分類をなくすことができる。

しかし、大きくて複雑すぎるとoverfittingのリスクがある。

この複雑性に罰則をつけたのが、cost-complexity pruning。

α で表すcomplex parameterを導入する。

α × 葉っぱ(ノード)の数(決定木のサイズ)を罰則にする。

α は、「剪定した決定木の誤分類(大きくなる)と剪定する前の決定木の誤分類(小さい)の差」と「決定木のサイズ – 1」の比。

汎用性高く、サイズは最小限なんだけど、誤分類も最小限のいいところどりの決定木を作ろうという発想。

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まとめ

きれいに分類できる決定木はoverfittingという弱点がある。

新しいデータで予測する性能が落ちる。

Overfittingを避けるために剪定 pruningがある。

剪定をすることで汎用性がある「使える」決定木が作れる。

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この記事を書いた人

医師、医学博士(専門は疫学および統計学)。10年以上の研究歴を有し、筆頭著者として10本の英文原著論文を執筆した実績を持つ。現在、外資系製薬企業にて15年以上にわたり、臨床開発やデータ解析、承認審査、薬価交渉戦略といった実務の最前線に従事。

「統計に悩むあなたを救いたい」をコンセプトに、ブログ「統計ER」やYouTube、SNSを通じて、医療従事者や研究者向けに「実務直結の統計ノウハウ」を配信。

学術的な厳密さと、製薬業界での高度な実務経験を融合させた独自の視点から、ブラックボックス化しない統計解析の普及を目指す。オンラインショップ「TKER SHOP」での計算ツール提供や、クラウドワークス等を通じた統計コンサルティング・解析代行(主にRを使用)も幅広く展開中。

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