xgboost特征重要性指标: weight, gain, cover

官方解释

Python中的xgboost可以通过get_fscore获取特征重要性，先看看官方对于这个方法的说明:

get_score(fmap=’’, importance_type=‘weight’)

Get feature importance of each feature. Importance type can be defined as:

• ‘weight’: the number of times a feature is used to split the data across all trees.
• ‘gain’: the average gain across all splits the feature is used in.
• ‘cover’: the average coverage across all splits the feature is used in.
• ‘total_gain’: the total gain across all splits the feature is used in.
• ‘total_cover’: the total coverage across all splits the feature is used in.

看释义不直观，下面通过训练一个简单的模型，输出这些重要性指标，再结合释义进行解释。

代码实践

首先构造10个样例的样本，每个样例有两维特征，标签为0或1，二分类问题:

import numpy as np

sample_num = 10
feature_num = 2

np.random.seed(0)
data = np.random.randn(sample_num, feature_num)
np.random.seed(0)
label = np.random.randint(0, 2, sample_num)
           

输出data和label:

# data:
array([[ 1.76405235,  0.40015721],
       [ 0.97873798,  2.2408932 ],
       [ 1.86755799, -0.97727788],
       [ 0.95008842, -0.15135721],
       [-0.10321885,  0.4105985 ],
       [ 0.14404357,  1.45427351],
       [ 0.76103773,  0.12167502],
       [ 0.44386323,  0.33367433],
       [ 1.49407907, -0.20515826],
       [ 0.3130677 , -0.85409574]])
# label:
array([0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1])
           

训练，这里为了便于下面计算，将树深度设为3(‘max_depth’: 3)，只用一棵树(num_boost_round=1):

import xgboost as xgb

train_data = xgb.DMatrix(data, label=label)
params = {'max_depth': 3}
bst = xgb.train(params, train_data, num_boost_round=1)
           

输出重要性指标:

for importance_type in ('weight', 'gain', 'cover', 'total_gain', 'total_cover'):
    print('%s: ' % importance_type, bst.get_score(importance_type=importance_type))
           

结果:

weight:  {'f0': 1, 'f1': 2}
gain:  {'f0': 0.265151441, 'f1': 0.375000015}
cover:  {'f0': 10.0, 'f1': 4.0}
total_gain:  {'f0': 0.265151441, 'f1': 0.75000003}
total_cover:  {'f0': 10.0, 'f1': 8.0}
           

画出唯一的一棵树图:

下面就结合这张图，解释下各指标含义:

1. weight: {‘f0’: 1, ‘f1’: 2}

   在所有树中，某特征被用来分裂节点的次数，在本例中，可见分裂第1个节点时用到f0，分裂第2，3个节点时用到f1，所以weight_f0 = 1, weight_f1 = 2。

2. total_cover: {‘f0’: 10.0, ‘f1’: 8.0}

   第1个节点，f0被用来对所有10个样例进行分裂，之后的节点中f0没再被用到，所以f0的total_cover为10.0，此时f0 >= 0.855563045的样例有5个，落入右子树；

   第2个节点，f1被用来对上面落入右子树的5个样例进行分裂，其中f1 >= -0.178257734的样例有3个，落入右子树；

   第3个节点，f1被用来对上面落入右子树的3个样例进行分裂。

   总结起来，f0在第1个节点分裂了10个样例，所以total_cover_f0 = 10，f1在第2、3个节点分别用于分裂5、3个样例，所以total_cover_f1 = 5 + 3 = 8。total_cover表示在所有树中，某特征在每次分裂节点时处理(覆盖)的所有样例的数量。

3. cover: {‘f0’: 10.0, ‘f1’: 4.0}

   cover = total_cover / weight，在本例中，cover_f0 = 10 / 1，cover_f1 = 8 / 2 = 4.

4. total_gain: {‘f0’: 0.265151441, ‘f1’: 0.75000003}

   在所有树中，某特征在每次分裂节点时带来的总增益，如果用熵或基尼不纯衡量分裂前后的信息量分别为i0和i1，则增益为(i0 - i1)。

5. gain: {‘f0’: 0.265151441, ‘f1’: 0.375000015}

   gain = total_gain / weight，在本例中，gain_f0 = 0.265151441 / 1，gain_f1 = 75000003 / 2 = 375000015.

在平时的使用中，多用total_gain来对特征重要性进行排序。

By The Way

构造xgboost分类器还有另外一种方式，这种方式类似于sklearn中的分类器，采用fit, transform形式训练模型:

from xgboost import XGBClassifier

cls = XGBClassifier(base_score=0.5, booster='gbtree', colsample_bylevel=1,
       colsample_bytree=1, gamma=0, learning_rate=0.07, max_delta_step=0,
       max_depth=3, min_child_weight=1, missing=None, n_estimators=300,
       n_jobs=1, nthread=None, objective='binary:logistic', random_state=0,
       reg_alpha=0, reg_lambda=1, scale_pos_weight=1, seed=None,
       silent=True, subsample=1)
# 训练模型
# cls.fit(data, label)
           

采用下面的方式获取特征重要性指标:

for importance_type in ('weight', 'gain', 'cover', 'total_gain', 'total_cover'):
    print('%s: ' % importance_type, cls.get_booster().get_score(importance_type=importance_type))