决策树算法的Python实现—基于金融场景实操
科学总把简单的问题转化的很复杂,在彰显其严谨的同时，也把大部分学习者挡在了门外；本次分享，jacky带你拨开云雾，深入浅出，走进决策树算法的世界！
基本概念
决策树（Decision Tree）
它通过对训练样本的学习，并建立分类规则，然后依据分类规则，对新样本数据进行分类预测，属于有监督学习。
优点
在相对短的时间内，能够对大型数据做出可行且效果良好的结果；
使用者不需要了解很多的背景知识，通过决策树就能够直观形象的了解分类规则；
1）决策树易于理解和实现
2）决策树能够同时处理数值型和非数值型数据
逻辑－类比
决策树分类的思想类似于找对象，例如一个女孩的母亲要给这个女孩介绍男朋友，于是母女俩有了下面的对话：
女儿问：“多大年龄了”；母亲答：“26”
女儿接着问：“长得帅不帅？”；母亲答：“挺帅的。”
女儿问：“收入高不？”；母亲答：“不算很高，中等情况”
女儿问：“是公务员吗？”；母亲答：“是，在财政局上班”
最后，女儿做出决定说：“那好，我去见见！”
这个女孩的决策过程就是典型的分类树决策:
在来看一个金融场景下的举例：客户向银行贷款的时候，银行对用户的贷款资格做一个评估的流程：
首先银行工作人员询问客户是否有房产，如何回答有，则判断客户可以偿还贷款，如果没有则进入第二层的属性判断询问，是否结婚，如何已婚，两个人可以负担的起贷款，则判断为可以偿还，否则进入第三层的属性判断询问，月薪是否超过五千，如果满足，则判断为可以偿还，否则给出不能偿还贷款的结论。
看完上面两个例子，我们可以看出，决策树是非常实用的，下面我们就进入正式案例的讲解；
案例实操
下面以金融场景举例：
（一）情景铺垫
用户购买金融产品的过程“类似于”理财，对于P2P平台来说，严格来说，这个过程称之为撮合。
用户在金融平台上充值购买相应期限和约定利率的金融产品，产品到期后，用户有两种选择一种是提现（赎回），另一种就是复投。
对于用户到期赎回的理解是比较简单的，比如你在2018年1月1日买了6个月10万元定存金融产品，那么在2018年7月1日的时候，你可以选择连本带息全部赎回，当然你也可以在到期日选择在平台还款时，继续投资，这个过程就是复投。
（二）需解决的问题
作为金融平台来说，为了把控风险，保证资金的流动性，都一定要提前预测（预判）未来一段时间内的用户充值和提现金额。
那么，准确预测用户到期是否复投，对于我们金融从业者和管理人员来说，就是特别重要了。
那么，我们可以提出我们亟需解决的问题：
用户到期是否复投，我们该怎样预判？
（三）一个初步模型的建立
场景：预测用户是否复投
注：以下数据源模拟真实数据编撰
1.选择特征变量－featureDate
（1）数据源抓取
import pandasdata = pandas.read_csv('file:///Users/apple/Desktop/jacky_reinvest.csv',encoding='GBK')print(data)
jacky注解（1）：上面这份数据源已经经过了预处理（数据清理），在实际工作种，我们拿到数据源的第一步一定是做数据清理的。在实操种，是否有预处理这个过程，也是数据科学与传统的统计科学的重要区别之一；本文数据示例，为了分享方便，示例数据还是比较规整的，但在实际工作中，一定不要忘了数据清洗这一步。
jacky注解（2）: 初始心里预期是一个产品概念，就是用户在购买定存金融产品的时候，可以预先设定是否需要复投，当然这只是一个预设定，在用户购买到赎回这个过程中，我们都可以随时变更。复投模式是一个过去式，也是最终的复投结果，所以下面我们会把这列当作目标变量来处理。
（2）哑变量处理（虚拟变量转化）
需处理的特征变量有：
金融产品
初始心里预期
客户类别
#调用Map方法进行可比较大小虚拟变量的转换productDict={'12个月定存':4,'6个月定存':3,'3个月定存':2,'1个月定存':1}data['产品Map']=data['金融产品'].map(productDict)#调用get_dummyColumns方法进行不可比较大小虚拟变量的转换dummyColumns = ['初始心里预期','客户类别',]for column in dummyColumns:
data[column]= data[column].astype('category')dummiesData=pandas.get_dummies(
data,
columns=dummyColumns,prefix=dummyColumns
,prefix_sep='_',dummy_na=False,drop_first=False)#挑选可以建模的变量 featureDatafData = dummiesData[[
'购买金额','产品Map','初始心里预期_复投','客户类别_VIP用户']]
jacky注解（3）：关于哑变量更详细的说明，可以参照我《特征工程三部曲》这篇文章，哑变量处理要处理的就是离散变量，购买金额的列，因为都是连续型数据，所以就谈不上虚拟变量处理的。
jacky注解（4）：离散变量分为有比较关系的离散变量和无比较关系的离散变量，所以需要用map方法和get_dummyColumns方法分别处理；
2.选择目标变量-targerDate
#设定目标变量 targetDatatData = dummiesData['复投模式']
jacky注解（5）：目标变量是我们分析问题的目标和结果，从目标变量既定的历史数据中，我们可以”喂养”数据，继而训练数据，最终达到洞察预测数据的目的。
3.决策树问题的求解与建模
#生成决策树from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier#设置最大叶子数为8dtModel = DecisionTreeClassifier(max_leaf_nodes=8)
jacky注解（6）：生成决策树并设置最大叶子树为8，使⽤sklearn的DecisionTreeClassifer类进⾏行决策树问题的求解与建模，关于最大叶子树，可以在看过图形化之后，在反过来理解这部分，就简单的多了，在这里我们可以先理解为这是一个很常用的参数即可。
4.10折交叉验证
#模型检验－交叉验证法from sklearn.model_selection import cross_val_scorecross_val_score(
dtModel,
fData,tData,cv=10)
jacky注解（7）：从控制台的输出可以看出，每次验证的评分都超过0.9，是一个非常不错的模型，可以用于实践;
5.模型训练
#训练模型dtModel=dtModel.fit(fData,tData)
控制台结果输出：
6.模型可视化
决策树的绘图方法：
sklearn.tree.export_graphviz(… …)
dtModel:决策树模型
out_file:图形数据的输出路径
class_names:目标属性的名称，一般用于中文化
feature_names:特征属性的名称，一般用于种文化
filled= True :是否使用颜色填充
rounded=True：边框是否采用圆角边框
special_characters: 是否有特殊字符
#模型可视化import pydotplusfrom sklearn.externals.six import StringIO #生成StringIO对象from sklearn.tree import export_graphvizdot_data = StringIO() #把文件暂时写在内存的对象中export_graphviz(
dtModel,
out_file=dot_data,
class_names=['复投','不复投'],
feature_names=['购买金额','产品Map',
'初始心里预期_不复投','客户类别_VIP用户'],
filled=True,rounded=True,special_characters=True)graph = pydotplus.graph_from_dot_data(dot_data.getvalue())graph.write_png('shujudata.png')
jacky注解（8）：需要提前安装graphviz软件
jacky注解（9）：最大叶子树，一般设置为8个，因为叶子数太多，决策树的结构越复杂，太复杂的结构就会导致训练过度的问题，因此，在决策树算法中，设置合适叶子数是非常重要的。
jacky注解（10）：gini值越接近于0，那么结果就越显而易见，如果越接近于1，那么结果就越难判定；
完整代码展示
#---author:朱元禄---import pandasdata = pandas.read_csv('file:///Users/apple/Desktop/jacky_reinvest.csv',encoding='GBK')#调用Map方法进行可比较大小虚拟变量的转换productDict={'12个月定存':4,'6个月定存':3,'3个月定存':2,'1个月定存':1}data['产品Map']=data['金融产品'].map(productDict)#调用get_dummyColumns方法进行可比较大小虚拟变量的转换dummyColumns = ['初始心里预期','客户类别',]for column in dummyColumns:
data[column]= data[column].astype('category')dummiesData=pandas.get_dummies(
data,
columns=dummyColumns,prefix=dummyColumns
,prefix_sep='_',dummy_na=False,drop_first=False)#挑选可以建模的变量 featureDatafData = dummiesData[[
'购买金额','产品Map','初始心里预期_复投','客户类别_VIP用户']]#设定目标变量 targetDatatData = dummiesData['复投模式']#生成决策树from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier#设置最大叶子数为8dtModel = DecisionTreeClassifier(max_leaf_nodes=8)'''#模型检验－交叉验证法from sklearn.model_selection import cross_val_scorecross_val_score( dtModel, fData,tData,cv=10)'''#训练模型dtModel=dtModel.fit(fData,tData)#模型可视化import pydotplusfrom sklearn.externals.six import StringIO #生成StringIO对象from sklearn.tree import export_graphvizdot_data = StringIO() #把文件暂时写在内存的对象中export_graphviz(
dtModel,
out_file=dot_data,
class_names=['复投','不复投'],
feature_names=['购买金额','产品Map',
'初始心里预期_不复投','客户类别_VIP用户'],
filled=True,rounded=True,special_characters=True)graph = pydotplus.graph_from_dot_data(dot_data.getvalue())graph.write_png('shujudata.png')
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