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R言語は、「S言語」をオープンソースとして実装なおした、統計解析向けのプログラミング言語です。 計算がとても速くグラフィックも充実しているため、数値計算に向いています。 文法的には、統計解析部分はS言語を参考にしており、データ処理部分はSchemeの影響を受けています。 世界中の専門家が開発に関わり、日々新しい手法やアルゴリズムが追加されています。

機械学習

機械学習は、データからパターンを自動的に発見し、そこから知能的な判断を下すためのコンピューターアルゴリズムを指します。人工知能における課題のひとつです。

統計

統計は、集団現象を数量で把握することです。また、調査で得られた性質や傾向を数量的に表したデータのことをいいます。

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R言語で実装した決定木モデルの予測が意図した結果になりません

noukanokurashi

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R

R言語は、「S言語」をオープンソースとして実装なおした、統計解析向けのプログラミング言語です。 計算がとても速くグラフィックも充実しているため、数値計算に向いています。 文法的には、統計解析部分はS言語を参考にしており、データ処理部分はSchemeの影響を受けています。 世界中の専門家が開発に関わり、日々新しい手法やアルゴリズムが追加されています。

機械学習

機械学習は、データからパターンを自動的に発見し、そこから知能的な判断を下すためのコンピューターアルゴリズムを指します。人工知能における課題のひとつです。

統計

統計は、集団現象を数量で把握することです。また、調査で得られた性質や傾向を数量的に表したデータのことをいいます。

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投稿2023/12/20 17:01

編集2023/12/24 15:28

実現したいこと

  • 学習用データを用いて作成した決定木モデルを、そのモデルと検証用データを入力としたpredict関数を用いて正解率の評価をしたい。
  • 作成した決定木モデルの図示をしたい。

前提

R言語を用いて、データ「cust1.csv」の決定木分析を行いたいです。cust1.csvはこちらのリンクからダウンロードできます。
https://ux.getuploader.com/subtest/download/1

cust1.csvのデータ項目は以下の通りで、目的変数がhotel、説明変数がidを除くそれ以外となっています。

gender 性別 1 : 男性  2 : 女性 age 年齢 income 収入 1 : 100万円未満 4 : 100万円以上 5 : 300万円以上 6 : 500万円以上 7 : 700万円以上 8 :1000万円以上 marriage 婚姻 1 : 既婚 2 : 未婚 usage クレジットカード年間総利用額(以下からジャンルごとの金額) retail 小売 rest 飲食 enter エンタメ trans 交通 other その他 hotel 宿泊利用

目的変数であるhotelは0-1変数で、0が宿泊未利用、1が宿泊利用を表しています。ここでは説明変数から目的変数を予測する決定木モデルを作成し、未知のデータに対してどれだけ予測精度が良いのかを検証していくことが目標です。

このデータを変数cust.1に格納し、学習用データをcustTrainに、検証用データをcustTestにそれぞれ格納しております。(後述のソースコードに記載しております)

発生している問題・エラーメッセージ

発生している問題点は、以下の2点です。

  1. ライブラリpartykitを用いた決定木の箱ひげ図の表示がすべて同じであり、かつ、データの四分位範囲が極端に狭いことであることからも結果がおかしいこと。

R

1install.packages("rpart.plot") 2library(rpart.plot) 3install.packages("partykit") 4library(partykit) 5 6model.rp <- rpart(hotel~., data = custTrain) # すべての説明変数からhotelの値を予測する 7rpart.plot(model.rp) 8model.rpo <- as.party(model.rp, type='simple') 9plot(model.rpo) #以下の画像がこの行の実行結果です

イメージ説明
2. 作成した決定木モデルと未知のデータcustTestを入力としてpredict関数で予測を行った結果の値が0.03865975と0.11043432の2つのみになってしまうこと。
理想としては、すべてのデータに対する予測値を表示させるのではなく、混同行列のような形式で正解率を表示させたいのですが、調べてもわかりませんでした。

R

1# 未知データ(検証用データ)に対して予測を行う 2model.pred <- predict(model.rp, custTest) 3model.pred #この行の実行結果が以下です
・・・(前略) 65975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.11043432 125737 125740 125743 125746 125749 125752 125755 0.11043432 0.11043432 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125758 125761 125764 125767 125770 125773 125776 0.03865975 0.11043432 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125779 125782 125785 125788 125791 125794 125797 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 125800 125803 125806 125809 125812 125815 125818 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125821 125824 125827 125830 125833 125836 125839 0.03865975 0.17823882 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.17823882 125842 125845 125848 125851 125854 125858 125861 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125864 125867 125870 125874 125877 125880 125885 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.03865975 125888 125891 125894 125897 125900 125903 125906 0.17823882 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.17823882 125909 125912 125915 125919 125922 125925 125928 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125931 125934 125937 125940 125943 125946 125949 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.03865975 0.03865975 0.11043432 125952 125955 125958 125961 125964 125967 125970 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 125973 125976 125979 125982 125985 125989 125992 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.17823882 0.03865975 0.03865975 125996 125999 126002 126005 126008 126011 126014 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.17823882 126017 126020 126023 126026 126029 126032 126035 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 126038 126041 126044 126047 126050 126053 126056 0.17823882 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.17823882 126059 126062 126065 126068 126071 126074 126077 0.17823882 0.03865975 0.17823882 0.11043432 0.11043432 0.03865975 0.11043432 126080 126083 126086 126090 126095 126098 126101 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 126104 126108 126111 126114 126117 126120 126123 0.17823882 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.11043432 0.03865975 126126 126130 126133 126136 126139 126142 126145 0.17823882 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.11043432 0.17823882 126148 126151 126154 126157 126160 126163 126166 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 126169 126172 126175 126178 126181 126184 126187 0.11043432 0.03865975 0.17823882 0.17823882 0.17823882 0.17823882 0.17823882 126190 126193 126196 126199 126202 126205 126208 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.17823882 126211 126214 126217 126220 126223 126226 126229 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 126232 126235 126238 126241 126244 126247 126250 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.03865975 126253 126256 126259 126262 126265 126268 126272 0.03865975 0.03865975 0.03865975 0.11043432 0.03865975 0.03865975 0.11043432

該当のソースコード

ソースコードの全体を掲載いたします。

R

1install.packages("rpart") 2library(rpart) 3install.packages("rpart.plot") 4library(rpart.plot) 5install.packages("partykit") 6library(partykit) 7 8# データのインポート 9getwd() 10cust <- read.csv(file = "cust1.csv") 11head(cust) 12 13# id列を説明変数から除外 14cust$id = NULL 15 16# データの各列のサマリーの確認 17summary(cust) 18 19# 異常値の除外 20cust.1 <- cust 21cust.1$age <- ifelse(cust.1$age>122, NA, cust.1$age) 22cust.1$retail <- ifelse(cust.1$retail<0, NA, cust.1$retail) 23cust.1$rest <- ifelse(cust.1$rest<0, NA, cust.1$rest) 24cust.1$trans <- ifelse(cust.1$trans<0, NA, cust.1$trans) 25cust.1$other <- ifelse(cust.1$other<0, NA, cust.1$other) 26cust.1$usage <- ifelse(cust.1$usage<0, NA, cust.1$usage) 27summary(cust.1) 28 29# 欠損値の削除 30cust.1 <- na.omit(cust.1) 31 32# 箱ひげ図を用いて、外れ値を確認する 33boxplot(cust.1$age) 34boxplot(cust.1$retail) 35boxplot(cust.1$rest) 36boxplot(cust.1$enter) 37boxplot(cust.1$trans) 38boxplot(cust.1$other) 39boxplot(cust.1$usage) 40boxplot(cust.1[,c("age","retail","rest","enter","trans","other","usage")]) 41 42# 外れ値を除外する 43higher.retail = quantile(cust.1$retail, probs=0.99) 44cust.1$retail <- ifelse(cust.1$retail>higher.retail, NA, cust.1$retail) 45higher.rest = quantile(cust.1$rest, probs=0.99) 46cust.1$rest <- ifelse(cust.1$rest>higher.rest, NA, cust.1$rest) 47higher.trans = quantile(cust.1$trans, probs=0.99) 48cust.1$trans <- ifelse(cust.1$trans>higher.trans, NA, cust.1$trans) 49higher.other = quantile(cust.1$other, probs=0.99) 50cust.1$other <- ifelse(cust.1$other>higher.other, NA, cust.1$other) 51higher.usage = quantile(cust.1$usage, probs=0.99) 52cust.1$usage <- ifelse(cust.1$usage>higher.usage, NA, cust.1$usage) 53 54# 欠損値の削除 55cust.1 <- na.omit(cust.1) 56summary(cust.1) 57 58# custを学習用データと検証用データの2つに分類しておく 59index <- which(1:nrow(cust.1)%%3 == 0) 60custTrain <- cust.1[-index,] #3の倍数以外を学習用データにする 61custTest <- cust.1[index,] #3の倍数は検証用データ 62head(custTrain) 63head(custTest) 64 65# 学習用データを用いて決定木モデルを作成 66model.rp <- rpart(hotel~., data = custTrain) 67model.rp 68rpart.plot(model.rp) 69 70model.rpo <- as.party(model.rp, type='simple') 71plot(model.rpo) 72 73# 未知データ(検証用データ)に対して予測を行う 74model.pred <- predict(model.rp, custTest) 75head(model.pred) 76

試したこと

上記ソースコードの17行目「summary(cust)」の出力結果から、「cust1.csv」には異常値があること、また、33~40行目にある箱ひげ図の出力結果から、外れ値があることが判明しました。
ageに122歳以上のデータがあることや、ジャンルごとのクレジットカードの利用金額に負の値があることから、これらのデータをいったん欠損値NAに変え、「na.omit(cust.1)」によってNAの行を除外しています。

R

1# 異常値の除外 2cust.1 <- cust 3cust.1$age <- ifelse(cust.1$age>122, NA, cust.1$age) 4cust.1$retail <- ifelse(cust.1$retail<0, NA, cust.1$retail) 5cust.1$rest <- ifelse(cust.1$rest<0, NA, cust.1$rest) 6cust.1$trans <- ifelse(cust.1$trans<0, NA, cust.1$trans) 7cust.1$other <- ifelse(cust.1$other<0, NA, cust.1$other) 8cust.1$usage <- ifelse(cust.1$usage<0, NA, cust.1$usage) 9summary(cust.1)

また、箱ひげ図の結果から異常に大きな値(外れ値)があることを確認したため、データの上位0.01%を除外してみました。

R

1# 外れ値を除外する 2higher.retail = quantile(cust.1$retail, probs=0.99) 3cust.1$retail <- ifelse(cust.1$retail>higher.retail, NA, cust.1$retail) 4higher.rest = quantile(cust.1$rest, probs=0.99) 5cust.1$rest <- ifelse(cust.1$rest>higher.rest, NA, cust.1$rest) 6higher.trans = quantile(cust.1$trans, probs=0.99) 7cust.1$trans <- ifelse(cust.1$trans>higher.trans, NA, cust.1$trans) 8higher.other = quantile(cust.1$other, probs=0.99) 9cust.1$other <- ifelse(cust.1$other>higher.other, NA, cust.1$other) 10higher.usage = quantile(cust.1$usage, probs=0.99) 11cust.1$usage <- ifelse(cust.!1$usage>higher.usage, NA, cust.1$usage) 12# 欠損値の削除 13cust.1 <- na.omit(cust.1) 14summary(cust.1)

Rによる決定木分析についてネットで何時間も調べていましたが、結局問題解決には至りませんでした。どなたかお力をお借りしたいです。よろしくお願いいたします。

補足情報(FW/ツールのバージョンなど)

R Gui 4.3.2 (Windows版)

追記2(検証用データによるモデルの評価について)

R

1#学習用データを用いて決定木モデルを作成 2install.packages("rpart") 3library(rpart) 4install.packages("partykit") 5library(partykit) 6install.packages("dplyr") 7library(dplyr) 8model < 9rpart(hotel~., data = custTrain, cp=0.002, method=' anova') 10plot(as.party(model), type='simple') 11 12# 未知データ(検証用データ)に対して予測を行う 13threshold <- 0.1 14model.pred <- predict(model, newdata = custTest, type = "vector") >= threshold 15table(model.pred, custTest[,4])

実行結果

model.pred 0 1 FALSE 29647 1434 TRUE 7825 1526

そもそも閾値を0.5にした時点でFALSEの判定(hote=0)しか表示されない点で何かがおかしいと感じております。type = "vector"としているのは、以下のサイトを参考にしたためです。
https://www.appsloveworld.com/r/100/148/invalid-prediction-for-rpart-object-error

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meg_

2023/12/20 23:37

> NAの行を除外しています。 > (外れ値)があることを確認したため、データの上位0.01%を除外してみました。 上記を実施後もモデルは変化なしだったということでしょうか?
noukanokurashi

2023/12/21 00:09

ご質問ありがとうございます。 外れ値や欠損値NAの除外をしない、元の状態のデータでも決定木の画像は全く同じものが出力されました。 predict関数の結果も、値は異なりますが、2つの同じ値が並んでしまっている状態となっております。 > # 未知データ(検証用データ)に対して予測を行う > model.pred <- predict(model.rp, custTest) > head(model.pred) 3 6 9 12 15 18 0.04077347 0.11224013 0.04077347 0.04077347 0.04077347 0.04077347
meg_

2023/12/21 03:45

> 外れ値や欠損値NAの除外をしない、元の状態のデータでも決定木の画像は全く同じものが出力されました。 ・質問に添付されている図は外れ値ありのデータで作成したモデルですよね? ・私が確認したかったのは外れ値や欠損値の処理をしたデータで作成したモデルについてです。
meg_

2023/12/21 03:54 編集

> 目的変数であるhotelは0-1変数で、0が宿泊未利用、1が宿泊利用を表しています。 > predict関数で予測を行った結果の値が0.03865975と0.11043432の2つのみになってしまうこと。 Rに詳しくないので具体的なアドバイスはできないのですが、上記結果は分類ではなく回帰のように見えます。やりたい事は2値分類なのですよね? ⇒ すみません。rpartは自動判別できるらしいですね。失礼しました。
meg_

2023/12/21 03:59

cust1.csv のデータ先頭30行程度を質問に追記いただくことは可能でしょうか?回答者が検証しやすくなるかと思います。
noukanokurashi

2023/12/21 04:16

> cust1.csv のデータ先頭30行程度を質問に追記いただくことは可能でしょうか? 前提のところにリンクをはっておきましたが、こちらにも掲載させていただきます。 https://ux.getuploader.com/subtest/download/1 > 質問に添付されている図は外れ値ありのデータで作成したモデルですよね? 質問文に添付している図は、欠損値NAや外れ値がない(除外した)ものとなっております。 これとは別にcust.1に何も前処理をしない状態でも決定木分析を行ってみましたが、結果は前処理をしたものと変わりませんでした。
meg_

2023/12/21 08:49

モデル作成時にcpを追加してみてはどうでしょうか?
meg_

2023/12/21 08:51

> 箱ひげ図の結果から異常に大きな値(外れ値)があることを確認したため、データの上位0.01%を除外してみました。 上記については例えば年収データですと高収入のデータ値が非常に大きくなりますが無視しても良いとはならないことが多いかと思います。本当に除外してしまっても良いのでしょうか?
noukanokurashi

2023/12/22 04:35

> モデル作成時にcpを追加してみてはどうでしょうか? > 本当に除外してしまっても良いのでしょうか? おっしゃるとおりかもしれません。異常値(年齢の最高値が2007歳であることやクレジットカードの利用額が負の値)のみを除外して、 model.rp <- rpart(hotel~., data = custTrain) model.rp <- prune(model.rp, cp=0.0002) model.rpo <- as.party(model.rp) plot(model.rpo) のようにcp(ツリーモデルの複雑さ)の調整をしてみましたが、cpを大きくすると、決定木自体表示されず、cpを小さくしても上で示した図より、木構造が複雑になること(変化)はありませんでした。
meg_

2023/12/22 06:41

> cp(ツリーモデルの複雑さ)の調整をしてみましたが、cpを大きくすると、決定木自体表示されず、cpを小さくしても上で示した図より、木構造が複雑になること(変化)はありませんでした。 cust1.csvのデータのまま(外れ値の処理なし)でcp=0.001にして当方の環境で試したところでは3階層のツリーとなりました。ただし分類結果の正しさについては未検証です。
noukanokurashi

2023/12/22 08:18

>>cust1.csvのデータのまま(外れ値の処理なし)でcp=0.001にして当方の環境で試したところでは3階層のツリーとなりました。ただし分類結果の正しさについては未検証です。 残念ながら私の環境ではそのような結果にはなりませんでした。(cust1.csvに何も手をつけていない状態です) お手数ですが、該当箇所のソースコードをお見せいただくことはできますでしょうか。
noukanokurashi

2023/12/22 08:18

追記1に結果を載せております。
guest

回答1

0

ベストアンサー

特徴量から「id」を削除してcp=0.001で作成したモデルを図示したものとなります。
なおモデルの精度検証はしていません。

R

1library(dplyr) 2library(partykit) 3library(rpart.plot) 4 5data <- read.csv("cust1.csv") 6x <- select(data, c(-id)) 7model <- rpart(hotel~., data = x, cp=0.001) 8plot(as.party(model))

イメージ説明

【実行環境】
Windows 11
Rstudio 2023.06.1 Build 524
R 4.3.2
dplyr 1.1.3
partykit 1.2-20
rpart.plot 3.1.1

投稿2023/12/22 09:10

編集2023/12/22 09:12
meg_

総合スコア10577

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こちらの条件を満たす必要があります。

noukanokurashi

2023/12/24 15:17

ご返信が遅くなり申し訳ありません。 上記実行しましたところ、問題なく結果が出ました。 meg_様のご回答のおかげでcpによる決定木の深さ調整はできるようになりましたが、predict関数によるモデルの評価の結果表示がうまくいかないため、現在も調査中です。 もし、ご存知であればご回答いただければ幸いです。 何度もご回答いただきありがとうございました。
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