xgboost入门与实战（原理篇）

前言：

xgboost是大规模并行boosted tree的工具，它是目前最快最好的开源boosted tree工具包，比常见的工具包快10倍以上。在数据科学方面，有大量kaggle选手选用它进行数据挖掘比赛，其中包括两个以上kaggle比赛的夺冠方案。在工业界规模方面，xgboost的分布式版本有广泛的可移植性，支持在YARN, MPI, Sungrid Engine等各个平台上面运行，并且保留了单机并行版本的各种优化，使得它可以很好地解决于工业界规模的问题。

花了几天时间粗略地看完了xgboost原论文和作者的slide讲解，仅仅是入门入门入门笔记。给我的感觉就是xgboost算法比较复杂，针对传统GBDT算法做了很多细节改进，包括损失函数、正则化、切分点查找算法优化、稀疏感知算法、并行化算法设计等等。本文主要介绍xgboost基本原理以及与传统gbdt算法对比总结，后续会基于python版本做了一些实战调参试验。想详细学习xgboost算法原理建议通读作者原始论文与slide讲解。

相关文献资料：
Xgboost Slides
XGBoost中文版原理介绍
原始论文XGBoost: A Scalable Tree Boosting System
XGBoost Parameters (official guide)

精彩博文：
XGBoost浅入浅出——wepon
xgboost: 速度快效果好的boosting模型
Complete Guide to Parameter Tuning in XGBoost (with codes in Python)

XGBoost Plotting API以及GBDT组合特征实践

补充！LightGBM！：

微软出了个LightGBM,号称性能更强劲，速度更快。简单实践了一波，发现收敛速度要快一些，不过调参还不6 ，没有权威。看了GitHub上的介绍以及知乎上的一些回答，大致理解了性能提升的原因。
主要是两个：①histogram算法替换了传统的Pre-Sorted，某种意义上是牺牲了精度（但是作者声明实验发现精度影响不大）换取速度，直方图作差构建叶子直方图挺有创造力的。（xgboost的分布式实现也是基于直方图的，利于并行）②带有深度限制的按叶子生长 (leaf-wise) 算法代替了传统的(level-wise) 决策树生长策略，提升精度，同时避免过拟合危险。

细节大家直接看作者的解释以及GitHub上的介绍吧,还是挺好理解的~
链接：
https://www.zhihu.com/question/51644470/answer/130946285
https://github.com/Microsoft/LightGBM/wiki/Features

一、xgboost基本原理介绍

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1.提升方法是一种非常有效的机器学习方法，在前几篇笔记中介绍了提升树与GBDT基本原理，xgboost（eXtreme Gradient Boosting）可以说是提升方法的完全加强版本。xgboost算法在各大比赛中展现了强大的威力。

2.Regression Tree and Ensemble (What are we Learning，得到学习目标)
（1）.Regression Tree (CART)回归树

（2）.Regression Tree Ensemble 回归树集成

在上面的例子中，我们用两棵树来进行预测。我们对于每个样本的预测结果就是每棵树预测分数的和。

（3）.Objective for Tree Ensemble 得到学习目标函数

这里是构造一个目标函数，然后我们要做的就是去尝试优化这个目标函数。读到这里，感觉与gbdt好像没有什么区别，确实如此，不过在后面就能看到他们的不同了（构造（学习）模型参数）。

3.Gradient Boosting (How do we Learn，如何学习)
（1）.So How do we Learn?
目标函数：

We can