Mahout随机森林算法源码分析（2-2）

Mahout版本：0.7，hadoop版本：1.0.4，jdk：1.7.0_25 64bit。

今天到BuildForest的主要Mapper操作，前面也说到BuildForest主要的操作都在Mapper里面，而reducer是没有的。本篇介绍其Mapper，Step1Mapper。首先贴上其仿制代码，如下：

package mahout.fansy.partial;

import java.io.IOException;
import java.util.List;
import java.util.Random;

import mahout.fansy.utils.read.ReadText;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.filecache.DistributedCache;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.mahout.classifier.df.Bagging;
import org.apache.mahout.classifier.df.builder.DecisionTreeBuilder;
import org.apache.mahout.classifier.df.data.Data;
import org.apache.mahout.classifier.df.data.DataConverter;
import org.apache.mahout.classifier.df.data.Dataset;
import org.apache.mahout.classifier.df.data.Instance;
import org.apache.mahout.classifier.df.mapreduce.Builder;
import org.apache.mahout.classifier.df.mapreduce.MapredOutput;
import org.apache.mahout.classifier.df.mapreduce.partial.TreeID;
import org.apache.mahout.classifier.df.node.Node;
import org.apache.mahout.common.RandomUtils;

import com.google.common.base.Preconditions;
import com.google.common.collect.Lists;

/**
 * Step1Mapper的仿造代码
 * @author fansy
 */
public class Step1MapperFollow {
private DataConverter converter;
  private Random rng;
  private int nbTrees;
  private int firstTreeId;
  private int partition;
  private final List instances = Lists.newArrayList();
  private Configuration conf;
  private Path datasetPath ;
  private Path input;
//  private Path output;
  private List values;
  private Dataset dataset;
  private DecisionTreeBuilder treeBuilder;
  private int m; // selection
  
  public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException{
  Step1MapperFollow s1m=new Step1MapperFollow();
  s1m.init();
  s1m.setup();
  s1m.map();
  s1m.cleanup();
  }
  /*
   * 运行该类时首先要先运行该函数
   */
  private void init() throws IOException{
  datasetPath=new Path("hdfs://ubuntu:9000/user/breiman/glass.info");
  input=new Path("hdfs://ubuntu:9000/user/breiman/input/glass.data");
//  output=new Path("hdfs://ubuntu:9000/user/breiman/output-forest");
  
 
  treeBuilder = new DecisionTreeBuilder();
  treeBuilder.setM(m);
  treeBuilder.setComplemented(true);
  cOnf=new Configuration();
  conf.set("mapred.job.tracker", "ubuntu:9001");
  // 把dataset加入内存中
  DistributedCache.addCacheFile(datasetPath.toUri(), conf);
  dataset=Dataset.load(conf,datasetPath);
  values=getData();
  }
private List getData() throws IOException {

return ReadText.readText(input, conf);
}
/*
 * 仿造setup函数
 */
public void setup() throws IOException{

//configure(Builder.getRandomSeed(conf), conf.getInt("mapred.task.partition", -1),
//      Builder.getNumMaps(conf), Builder.getNbTrees(conf));
// conf.getInt("mapred.task.partition", -1)的值直接设置为0即可
// 参数设置参考上面    
configure(Builder.getRandomSeed(conf), 0,
      1, 10);
}


/*
 * 仿造map函数 
 */
protected void map() throws IOException {
//List values =ReadText.readText(input, conf);
for(Text value:values){
String[] v=value.toString().split(",");
if(v[10].equals("2")){
//System.out.println(v[10]);
}
instances.add(converter.convert(value.toString()));
}
  }

/*
 * 仿造cleanup函数
 */
 protected void cleanup() throws IOException, InterruptedException {
    // prepare the data
    
    Data data = new Data(dataset, instances);
    Bagging bagging = new Bagging(treeBuilder, data);
    
    TreeID key = new TreeID();
    
    for (int treeId = 0; treeId       
      Node tree = bagging.build(rng);
      
      key.set(partition, firstTreeId + treeId);
      
  //    if (!isNoOutput()) {
        MapredOutput emOut = new MapredOutput(tree);
        System.out.println("key:"+key+"***value:"+emOut);
   //     context.write(key, emOut);
  //    }
    }
 }

protected void configure(Long seed, int partition, int numMapTasks, int numTrees) throws IOException {
    cOnverter= new DataConverter(dataset);
    // prepare random-numders generator
    if (seed == null) {
      rng = RandomUtils.getRandom();
    } else {
      rng = RandomUtils.getRandom(seed);
    }
    
    // mapper's partition
    Preconditions.checkArgument(partition >= 0, "Wrong partition ID");
    this.partition = partition;
    
    // compute number of trees to build
    nbTrees = nbTrees(numMapTasks, numTrees, partition);
    
    // compute first tree id
    firstTreeId = 0;
    for (int p = 0; p       firstTreeId += nbTrees(numMapTasks, numTrees, p);
    }
  }

 public static int nbTrees(int numMaps, int numTrees, int partition) {
    int nbTrees = numTrees / numMaps;
    if (partition == 0) {
      nbTrees += numTrees - nbTrees * numMaps;
    }
    return nbTrees;
 }
}

（1）setup函数

这个函数其实应该包括init里面的所有东东，这里设定的主要包括；Random随机种子、nbTrees决策树的个数、dataset的路径、data的路径。把data读入到values集合里面、把dataset读到dataset变量，新建treeBuilder变量设定其相关属性值，新建converter变量。

（2）map函数

map函数就是遍历每行的输入，然后使用converter把读入的数据进行转换，然后添加到instances里面，首先看下instances变量吧。这个变量定义如下：List，这个是一个list，然后看到Instance类，Instance类里面就一个属性Vector和若干方法，可以看到其实Instance里面就是存储的Vector而已，不清楚搞多个Instance干嘛，直接Vector不好么？接下来看DataConverter，它有两个属性，一个是Pattern的用于分解string字符串的，另外一个是dataset，用于convert方法中相关值的设定。还有一个比较重要的方法convert方法，这个是用于把字符串转换为Vector（准确来说是Instance）的函数。在讲这个函数前，先来看下dataset吧：

假如我传入的字符串是：[1,1.52101,13.64,4.49,1.10,71.78,0.06,8.75,0.00,0.00,1]，那么convert函数首先使用逗号把字符串解析到数组中，然后根据ignored的值把数组中对应的下标的值忽略，再次根据attributes的值进行匹配，如果是Numerical的话直接把值加入vector中，如果是categorical的话就按照values里面的数组进行匹配，比如如果是字符串“3”的话，那么就把其下标值加入vector中，比如上面的数据是1，那么加入字符串中的值就是2。可以通过debug方式查看添加这行输入后vector的值：

这里可以看到字符串1（这里一定要看做是字符串，而不是数字）的确是被转换为了2了，而且可以看到由于第7、8的值为0，所以这里就没有显示了。

（3）cleanup函数

看cleanup函数，刚开始新建了几个变量、Data、Bagging、TreeID，然后循环调用build函数建立树并输出每棵树，每棵树是由Node类带出的。所以这里的重点是build函数。

Bagging.build函数传入一个随机种子，然后返回一个Node，这个Node就是一个树了，这个Node可以往左、右继续添加Node。继续看这个函数的代码：

Arrays.fill(sampled, false);    Data bag = data.bagging(rng, sampled);        return treeBuilder.build(rng, bag);

看到这里首先对Data进行了一个.bagging（rng）的处理，然后把处理后的data传入了treeBuilder的build函数。一个个来看data.bagging是做什么处理的呢？

 public Data bagging(Random rng, boolean[] sampled) {    int datasize = size();    List bag = Lists.newArrayListWithCapacity(datasize);        for (int i = 0; i instaces是原始数据的list，可以看到bag每次添加了一个从instances中随机取出的一个vector值，然后进行返回，同时修改了sampled的值（这个值是说instances的哪个下标已经被选中了），所以返回的bag值里面肯定是有重复的，如下：



下面到了treeBuilder.build方法，这个方法被两个类覆写，分别是DecisionTreeBuilder、DefaultTreeBuilder，这里调用的是DecisionTreeBuilder的build方法。
刚开始是如下的代码：

if (selected == null) {      selected = new boolean[data.getDataset().nbAttributes()];      selected[data.getDataset().getLabelId()] = true; // never select the label    }    if (m == 0) {      // set default m      double e = data.getDataset().nbAttributes() - 1;      if (data.getDataset().isNumerical(data.getDataset().getLabelId())) {        // regression        m = (int) Math.ceil(e / 3.0);      } else {        // classification        m = (int) Math.ceil(Math.sqrt(e));      }    }
设定label的selected的值为true，其他属性值的selected被设置为false。然后设定m的值，由于m的值，前面没有设定，而这里是做分类问题的，所以设定m的值为所有属性值个数的平方根。这个m值是为了下面随机选择的属性值的个数。

下面的代码通过判断data.getDataset().isNumerical(data.getDataset().getLabelId())这个boolean值来进行判断是用回归还是分类思路来处理。这里的label肯定不是数值型的，所以进入分类处理的代码：
首先是两个判断：

 if (isIdentical(data)) {        return new Leaf(data.majorityLabel(rng));      }      if (data.identicalLabel()) {        return new Leaf(data.getDataset().getLabel(data.get(0)));      }
第一个判断是判断data是否全部都是一样的，第二个判断是判断data是否是空的；这里传入的data虽然有重复，但是不全是一样的，而且肯定不是为空，所以继续往下走。


int[] attributes = randomAttributes(rng, selected, m);
这行代码的主要意思是随机选择m个属性返回到attributes，比如这次debug得到的结果是：[8,2,6]；然后到了下面的if (attributes == null || attributes.length == 0)这里跳过，下面if (igSplit == null) 对分类问题，这个赋值为：igSplit = new OptIgSplit();

代码继续走：

Split best = null;    for (int attr : attributes) {      Split split = igSplit.computeSplit(data, attr);      if (best == null || best.getIg() 首先看下Split这个类，有三个属性：int attr，double ig，double split；来看下computeSplit函数（OptIgSplitl里面的函数）：


public Split computeSplit(Data data, int attr) {    if (data.getDataset().isNumerical(attr)) {      return numericalSplit(data, attr);    } else {      return categoricalSplit(data, attr);    }  }
又要进入函数，看numericalSplit函数：


Split numericalSplit(Data data, int attr) {    double[] values = sortedValues(data, attr);    initCounts(data, values);    computeFrequencies(data, attr, values);    int size = data.size();    double hy = entropy(countAll, size);    double invDataSize = 1.0 / size;    int best = -1;    double bestIg = -1.0;    // try each possible split value    for (int index = 0; index = values[index]      size = DataUtils.sum(countAll);      ig -= size * invDataSize * entropy(countAll, size);      if (ig > bestIg) {        bestIg = ig;        best = index;      }      DataUtils.add(countLess, counts[index]);      DataUtils.dec(countAll, counts[index]);    }    if (best == -1) {      throw new IllegalStateException("no best split found !");    }    return new Split(attr, bestIg, values[best]);  }

尼玛，好长呀。晚上回去再看。。。




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