Knowing When to Stop

Regression Trees


회귀 트리(regression tree)는 분류 트리와 같은 방식으로 특성 공간을 구역으로 나누되, 각 끝점에서 그 구역 학습 관측값의 평균을 수치 예측으로 내놓는다. 분할은 두 자식 구역의 잔차제곱합(RSS)을 더한 값이 가장 작은 특성과 기준값으로 고른다.

ŷ_Rm = (1/n_m) Σ yᵢ구역 R_m에 도달한 학습 관측값의 평균이 그 끝점의 예측값이며, 제곱오차를 가장 작게 만든다.
분할 후 RSS후보마다 두 자식 구역에서 각자의 평균으로 잰 잔차제곱합을 더하고 가장 작은 후보를 고른다.
같은 끝점, 같은 예측한 구역 안의 새 관측은 특성값이 달라도 모두 같은 평균값을 받으므로 예측이 계단 모양이 된다.

기준값 후보마다 두 구역의 RSS를 더해 가장 작은 곳에서 자른다

x = (2, 5, 9, 14), y = (1, 2, 8, 9)인 관측 네 개를 한 번 나눈다. 기준값을 바꾸면 두 구역의 평균선, 잔차, 분할 후 RSS가 바뀐다.

기준값과 분할 후 RSS네 관측, 구역 평균, 잔차
왼쪽에서 파란 점이 관측, 검은 점선이 기준값, 초록 가로선이 각 구역의 평균 예측, 빨간 점선이 잔차다. 오른쪽 막대는 네 경우의 RSS이며 초록 막대가 현재 선택이다. 기준값 후보는 서로 다른 x값 사이의 중간값이다.

경로의 조건을 따라가면 끝점의 평균이 예측값이 된다

야구 선수의 경력(년)과 지난해 안타 수로 로그 연봉을 예측하는 잎 세 개짜리 나무다. 두 값을 바꾸면 선수가 놓인 구역, 따라가는 경로, 예측값이 바뀐다.

잎 세 개의 회귀 트리경력과 안타 수 구역, 나무의 경로
왼쪽은 경력과 안타 수 평면을 두 번의 분할로 나눈 세 구역이고 구역 안의 수가 예측하는 로그 연봉이다. 색이 진할수록 예측값이 크다. 검은 마름모가 입력한 선수이고 초록 테두리가 그 구역이다. 오른쪽 나무의 굵은 초록 선이 따라간 경로다.

분할을 되풀이할수록 계단 모양 예측이 학습 관측에 가까워진다

특성 하나짜리 학습 관측 80개에 회귀 트리를 키운다. 최대 깊이를 바꾸면 끝점 수, 계단 모양 예측, 학습 RSS가 바뀐다.

깊이와 계단 모양 예측학습 관측과 끝점 평균
파란 점이 학습 관측, 초록 계단이 끝점마다의 평균 예측, 회색 점선이 자료를 만든 함수다. 계단의 가로 조각 하나가 끝점 하나다.