A Streaming Parallel Decision Tree Algorithm

1. Abstract

  • processors快速构建histogram,把数据压缩到固定的大小
  • master processor找到近似最优的split点
  • 分析了算法的准确性

2. Intro

  • 决策树的一大优点是提供了human-readable的分类rules
  • 缺点是需要对属性排序以确定如何split节点
  • 排序过于耗时的两种解决办法:对数据进行预排序;用sampling或者直方图来代替排序
  • Horizontal parallelism: 切分数据到processors
  • Vertical parallelism: 切分属性到processors
  • focus on 近似算法
  • 每个processor将自己数据的近似描述发送给master processor,master汇总信息,决定如何split

3. Algorithm description

  • 数据切分的必要性:单机无法存储;无法到达单机;无法在一定时间内处理所有数据

3.1. Histogram building

  • 四个procedures:update、merge、sum、uniform
  • merge:第一步,两个histogram合并为一个histogram;第二步,合并最近的两个bins,保证最多只有B个bins
  • uniform:将直方图均一化,也就是每个bin里的数据数量是一样的

3.2. Tree growing

  • 停止条件:node上sample的数量;node的impurity
  • 最常见的impurity函数:Gini criterion和entropy function
  • 每个processor处理他们能看到的数据,建立直方图,然后发送给master processor
  • 决策树在训练中或者训练后被剪枝,为了减小树的大小,为了增强模型的泛化性;对完整的树丛bottom到up检测,一些子树被剪枝,根据剪枝前后误差的变化

3.3. 复杂度分析

  • 直方图bin的数量是固定的,直方图的操作的时间是固定的
  • 一轮迭代需要:At most N/W operations by each processor in the updating phase(N是数据大小,W是processors数量);固定的space和communication复杂度;merge phase需要固定的时间

4. Related work

  • 第一类算法有被证明的近似保证,但是需要很大的内存,需要的空间与数据大小成正比
  • 第二类是启发式的方法,在实际中很有用,需要较少的空间开销,但是缺少严格的准确性分析
  • 固定内存算法会带来准确率的代价。当数据分布是倾斜的,在线直方图的准确率会下降
  • SPDT与SPIES和pCLOUDS的区别:第一个不同是,SPIES和pClOUDS采样数据,SPDT不采样;第二个不同是需不需要对数据的第二轮扫描;第三个不同是,本文分析了并行树与顺序树的error
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