风控策略算法_风险决策树例题经典案例

本文重点：风控策略挖掘、策略推荐，策略发现，风控策略自动化，决策树

风控策略同学在挖掘有效的风控规则的时候，经常需要基于业务经验，将那几个特征进行组合形成风控策略，会导致在特征组合的时候浪费大量的时间，我们有没有什么方法，替代人工的分析，直接得出策略组合呢，决策树就是其中的一个选择，可以实现自动化的挖掘大批量的策略组合。

在众多的算法中，决策树整体分类准确率不高，但是部分叶子节点的准确率却可以很高，因此我们可以提取决策树的叶子规则，并筛选准确率比较高的叶子节点，作为风控策略挖掘手段，并进行策略推荐，替代人工或者辅助人工，大大提高策略发现的效率于效果。

本文介绍了如何在风控策略中使用决策树算法来挖掘有效的规则，并会分享自己编写的提取函数，此套代码会在极短的时间挖掘上千条规则，快速且有效，目标就是：风控策略自动化，然后干掉自己。【文末有获取数据的方法】

策略节选

一、数据说明及读取

1、数据集信息

数据从真实场景和实际应用出发，利用个人的基本身份信息、个人的住房公积金缴存和贷款等数据信息，来建立准确的风险控制模型，来预测用户是否会逾期还款。一共提供了40000带标签训练集样本，数据仅有一张表，一共有19个基本特征，且均不包含任何缺失值。

2、数据属性信息

标签：label是否逾期（是 = 1，否 = 0）。

特征：包含以下19个变量，名称和含义如下。

3、读取数据

#数据读取 import pandas as pd import numpy  as np pd.set_option('display.max_columns', None)#显示所有的列 path  = '/Users/wuzhengxiang/Documents/DataSets/RizhaoGongJiJin/train.csv' train = pd.read_csv(path).fillna(-1) train.columns Index(['id', 'XINGBIE', 'CSNY', 'HYZK', 'ZHIYE', 'ZHICHEN', 'ZHIWU', 'XUELI',        'DWJJLX', 'DWSSHY', 'GRJCJS', 'GRZHZT', 'GRZHYE', 'GRZHSNJZYE',        'GRZHDNGJYE', 'GRYJCE', 'DWYJCE', 'DKFFE', 'DKYE', 'DKLL', 'label'],       dtype='object')

train.head()#查看前面的数据 id XINGBIE CSNY HYZK ZHIYE ZHICHEN ZHIWU XUELI DWJJLX \ 0 train_0 1  90 90 999 0 99 150 1 train_1 2  90 90 999 0 99 110 2 train_2 1  90 90 999 0 99 150 3 train_3 1  90 90 999 0 99 150 4 train_4 2  90 90 999 0 99 900 DWSSHY GRJCJS GRZHZT GRZHYE GRZHSNJZYE GRZHDNGJYE GRYJCE \ 0 12 1737.0 1 3223.515 801.310 837.000 312.00 1 0 4894.0 1 18055.195 53213.220 1065.200 795.84 2 9 10297.0 1 27426.600 13963.140 7230.020 1444.20 3 7 10071.5 1 .130 99701.265 2271.295 1417.14 4 14 2007.0 1 237.000 11028.875 35.780 325.50 DWYJCE DKFFE DKYE DKLL label 0 312.00  .935 2.708 0 1 795.84  .945 2.979 0 2 1444.20  .130 2.708 0 3 1417.14  .780 2.708 0 4   325.50    .010  2.708      0   #构建训练集 X = train.loc[:,'XINGBIE':'DKLL'] Y = train['label']

二、构建决策树

训练一个决策树，这里限制了最大深度和最小样本树

from sklearn import tree clf = tree.DecisionTreeClassifier( max_depth=3, min_samples_leaf=50 ) clf = clf.fit(X, Y)

三、决策树的可视化

决策树可视化的方案比较多，都写出来给对比看看，推荐第二种和第三种。对决策树进行可视化，是非常有必要的，能够帮助我们自己充分理解决策树的生成过程，如果是风控，也有利于咱们给业务部门解释数据和结果。

1、plot_tree（太丑，不推荐）

#包里自带的，有点丑 tree.plot_tree(clf) plt.show()

2、graphviz对决策树进行可视化

如果搜索“可视化决策树”，很快便能找到由scikit提供的基于Python语言的解决方案：sklearn.tree.export_graphviz，这个也是最常用的解决方案

import graphviz dot_data = tree.export_graphviz( clf,                      out_file=None,                       feature_names=X.columns,                        class_names=['good','bad'],   filled=True, rounded=True, special_characters=True) graph = graphviz.Source(dot_data)   graph

生成的决策树解释

1）samples：节点中观察的数量，比如根节点40000，表示数据集总共有4万个样本

2）有多少种类别，整棵树的叶子就有多少种颜色，比如我们这里有2个类别，颜色对应是黄、绿、Gini指数越小，该节点颜色越深，也就是纯度越高。

3）value表示当前节点2种类别的样本有多少，比如下面第一棵树的根节点，value = [37243,2757]，表示有37243个好样本，2757坏样本

4）class表示当前那个类别的样本最多，比如下面最右边的一棵树的根节点，class = bad，可以看到当前节点它的坏样本数是最多的。

5）gini：节点的基尼不纯度。当沿着树向下移动时，平均加权的基尼不纯度必须降低。

3、dtreeviz对决策树进行可视化

dtreeviz是我认为非常完美的决策树可视化的包，非常好理解，也非常美观。下面我们看看这个包可视化的结果。

from dtreeviz.trees import dtreeviz   testX = X.iloc[77,:]   viz = dtreeviz(clf,X,Y, feature_names=np.array(X.columns), class_names={0:'good',1:'bad'}, X = testX)  viz.view()

我们把树的深度再加深到5看看，树更复杂了

from sklearn import tree clf = tree.DecisionTreeClassifier( max_depth=5, min_samples_leaf=50 ) clf = clf.fit(X, Y) from dtreeviz.trees import dtreeviz testX = X.iloc[77,:] viz = dtreeviz(clf,X,Y, feature_names=np.array(X.columns), class_names={0:'good',1:'bad'}, X = testX)   viz.view()

也可以横向展示

viz = dtreeviz(clf,X,Y, orientation ='LR', # left-right orientation feature_names=np.array(X.columns), class_names={0:'good',1:'bad'}, X = testX) viz.view()

#如果只想可视化预测路径，则需要设置参数 show_just_path=True

viz = dtreeviz(clf,X,Y, feature_names=np.array(X.columns), class_names={0:'good',1:'bad'}, orientation ='LR', # left-right orientation show_just_path=True, X = testX) viz.view()

只展示了预测的路径

有了决策树的可视化，我们就能直接得到每条策略了，当时人为的看，效率还是比较低，我们需要更高效的方式，对数据决策树上的信息进行提取，直接得到规则。

四、决策规则提取

1、决策树的生成的结构探索

要提取出来其中的规则，我们需要探索决策树的存储结构，为了探究sklearn中决策树是如何设计和实现的，以分类决策树为例，首先看下决策树都内置了哪些属性和接口：通过dir属性查看一颗初始的决策树都包含了哪些属性（这里过滤掉了以”_”开头的属性，因为一般是内置私有属性），得到结果如下：

from sklearn.datasets import load_iris from sklearn import tree iris = load_iris() clf = tree.DecisionTreeClassifier() clf = clf.fit(iris.data, iris.target) clf.classes_ [x for x in dir(clf) if not x.startswith('_')]

大致浏览上述结果，属性主要是决策树初始化时的参数，例如ccp_alpha：剪枝系数，class_weight：类的权重，criterion：分裂准则等；还有就是决策树实现的主要函数，例如fit：模型训练，predict：模型预测等等。

本文的重点是探究决策树中是如何保存训练后的”那颗树”，所以我们进一步用鸢尾花数据集对决策树进行训练一下，而后再次调用dir函数，看看增加了哪些属性和接口：

本文的重点是探究决策树中是如何保存训练后的”那颗树”，所以我们进一步用鸢尾花数据集对决策树进行训练一下，而后再次调用dir函数，看看增加了哪些属性和接口：

通过集合的差集，很明显看出训练前后的决策树主要是增加了6个属性（都是属性，而非函数功能），其中通过属性名字也很容易推断其含义：

• classes_：分类标签的取值，即y的唯一值集合

• max_features_：最大特征数

• n_classes_：类别数，如2分类或多分类等，即classes_属性中的长度

• n_features_in_：输入特征数量，等价于老版sklearn中的n_features_，现已弃用，并推荐n_features_in_

• n_outputs：多输出的个数，即决策树不仅可以用于实现单一的分类问题，还可同时实现多个分类问题，例如给定一组人物特征，用于同时判断其是男/女、胖/瘦和高矮，这是3个分类问题，即3输出（需要区别理解多分类和多输出任务）

• tree_：毫无疑问，这个tree_就是今天本文的重点，是在决策树训练之后新增的属性集，其中存储了决策树是如何存储的。

那我们对这个tree_属性做进一步探究，首先打印该tree_属性发现，这是一个Tree对象，并给出了在sklearn中的文件路径：

我们可以通过help方法查看Tree类的介绍：

通过上述doc文档，其中第一句就很明确的对决策树做了如下描述：

Array-based representation of a binary decision tree.

即：基于数组表示的二分类决策树，也就是二叉树！进一步地，在这个二叉树中，数组的第i个素代表了决策树的第i个节点的信息，节点0表示决策树的根节点。那么每个节点又都蕴含了什么信息呢？我们注意到上述文档中列出了节点的文件名：_tree.pxd，查看其中，很容易发现节点的定义如下：

虽然是cython的定义语法，但也不难推断其各属性字段的类型和含义，例如：

• left_child：size类型（无符号整型），代表了当前节点的左子节点的索引

• right_child：类似于left_child

• feature：size类型，代表了当前节点用于分裂的特征索引，即在训练集中用第几列特征进行分裂

• threshold：double类型，代表了当前节点选用相应特征时的分裂阈值，一般是≤该阈值时进入左子节点，否则进入右子节点

• n_node_samples：size类型，代表了训练时落入到该节点的样本总数。显然，父节点的n_node_samples将等于其左右子节点的n_node_samples之和。

至此，决策树中单个节点的属性定义和实现基本推断完毕，那么整个决策树又是如何将所有节点串起来的呢？我们再次诉诸于训练后决策树的tree_属性，看看它都哪些接口，仍然过滤掉内置私有属性，得到如下结果：

# 决策树结构探索

dir(clf.tree_) ['apply','capacity', 'children_left','children_right',  'compute_feature_importances','compute_partial_dependence',  'decision_path','feature',  'impurity','max_depth',  'max_n_classes','n_classes',  'n_features','n_leaves',  'n_node_samples','n_outputs','node_count',  'predict','threshold',  'value', 'weighted_n_node_samples']

大概比较重要的就是这些了！为了进一步理解各属性中的数据是如何存储的，我们仍以鸢尾花数据集为例，训练一个max_depth=2的决策树（根节点对应depth=0），并查看如下取值：

clf.tree_.children_left clf.tree_.children_right clf.tree_.feature clf.tree_.capacity clf.tree_.threshold clf.tree_.value clf.tree_.impurity clf.tree_.decision_path

可知：

• 训练后的决策树共包含5个节点，其中3个叶子节点

• 通过children_left和children_right两个属性，可以知道第0个节点（也就是根节点）的左子节点索引为1，右子节点索引为2,；第1个节点的左右子节点均为-1，意味着该节点即为叶子节点；第2个节点的左右子节点分别为3和4，说明它是一个内部节点，并做了进一步分裂

• 通过feature和threshold两个属性，可以知道第0个节点（根节点）使用索引为3的特征（对应第4列特征）进行分裂，且其最优分割阈值为0.8；第1个节点因为是叶子节点，所以不再分裂，其对应feature和threshold字段均为-2

• 通过value属性，可以查看落入每个节点的各类样本数量，由于鸢尾花数据集是一个三分类问题，且该决策树共有5个节点，所以value的取值为一个5×3的二维数组，例如第一行代表落入根节点的样本计数为[50, 50, 50]，第二行代表落入左子节点的样本计数为[50, 0, 0]，由于已经是纯的了，所以不再继续分裂。

• 另外，tree中实际上并未直接标出各叶节点所对应的标签值，但完全可通过value属性来得到，即各叶子节点中落入样本最多的类别即为相应标签。甚至说，不仅可知道对应标签，还可通过计算数量之比得到相应的概率！

拿鸢尾花数据集手动验证一下上述猜想，以根节点的分裂特征3和阈值0.8进行分裂，得到落入左子节点的样本计数结果如下，发现确实是分裂后只剩下50个第一类样本，也即样本计数为[50, 0, 0]，完全一致。

另外，通过children_left和children_right两个属性的子节点对应关系，其实我们还可以推断出该二叉树的遍历方式为前序遍历，即按照根-左-右的顺序，对于上述决策树其分裂后对应二叉树示意图如下：

2、老方法提取决策树规则

通过上面的分析，我们知道了决策树的存储方式，下面就开始规则提取，在网上搜索，基本上只能收到下面的方法：

数据读取

import pandas as pd import numpy as np pd.set_option('display.max_columns', None)#显示所有的列 path = '/Users/wuzhengxiang/Documents/DataSets/RizhaoGongJiJin/train.csv' train = pd.read_csv(path).fillna(-1) train.columns

构建训练集

X = train.loc[:,'XINGBIE':'DKLL'] Y = train['label']

训练一个决策树，这里限制了最大深度和最小样本树

from sklearn import tree clf = tree.DecisionTreeClassifier( max_depth=3, min_samples_leaf=50 ) clf = clf.fit(X, Y)

决策树规则提取-老方法

from sklearn.tree import _tree def tree_to_code(tree, feature_names): tree_ = tree.tree_ feature_name = [ feature_names[i] if i != _tree.TREE_UNDEFINED else "undefined!" for i in tree_.feature ] print ("def tree({}):".format(", ".join(feature_names))) def recurse(node, depth): indent = " " * depth if tree_.feature[node] != _tree.TREE_UNDEFINED: name = feature_name[node] threshold = tree_.threshold[node] print("{}if {} <= {}:".format(indent, name, threshold)) recurse(tree_.children_left[node], depth + 1) print("{}else: # if {} > {}".format(indent, name, threshold)) recurse(tree_.children_right[node], depth + 1) else:             print("{}return {}".format(indent, tree_.value[node])) recurse(0, 1) tree_to_code(clf,X.columns)    return [[161.   0.]]

’可以看得出来，虽然提取出来了策略，但是并不是很完美，还是需要人为拆解策略，于是我继续研究。

3、新方法提取决策树规则

不仅仅对对二叉树的所有路径进行遍历，还需要进行回溯并组合成变量，根据决策树的输出，构建规则提取函数，需要用到二叉树遍历和回溯算法，本人数据结构不是很好，干了两个晚上，真是编程偷不了懒，出来混迟早要还的。代码比较混乱，大家将就看，还好这个部分对效率没啥要求。如果有更好的代码，不吝赐教。

def XiaoWuGe_Get_Rules(clf,X): n_nodes = clf.tree_.node_count children_left = clf.tree_.children_left children_right = clf.tree_.children_right feature = clf.tree_.feature threshold = clf.tree_.threshold value = clf.tree_.value node_depth = np.zeros(shape=n_nodes, dtype=np.int64) is_leaves = np.zeros(shape=n_nodes, dtype=bool) stack = [(0, 0)] while len(stack) > 0: node_id, depth = stack.pop() node_depth[node_id] = depth is_split_node = children_left[node_id] != children_right[node_id] if is_split_node: stack.append((children_left[node_id], depth+1)) stack.append((children_right[node_id], depth+1)) else: is_leaves[node_id] = True feature_name = [ X.columns[i] if i != _tree.TREE_UNDEFINED else "undefined!" for i in clf.tree_.feature] ways = [] depth = [] feat = [] nodes = [] rules = [] for i in range(n_nodes): if is_leaves[i]: while depth[-1] >= node_depth[i]: depth.pop() ways.pop() feat.pop() nodes.pop() if children_left[i-1]==i:#当前节点是上一个节点的左节点，则是小于 a='{f}<={th}'.format(f=feat[-1],th=round(threshold[nodes[-1]],4)) ways[-1]=a last =' & '.join(ways)+':'+str(value[i][0][0])+':'+str(value[i][0][1]) rules.append(last) else: a='{f}>{th}'.format(f=feat[-1],th=round(threshold[nodes[-1]],4)) ways[-1]=a last = ' & '.join(ways)+':'+str(value[i][0][0])+':'+str(value[i][0][1]) rules.append(last) else: #不是叶子节点 入栈 if i==0: ways.append(round(threshold[i],4)) depth.append(node_depth[i]) feat.append(feature_name[i]) nodes.append(i) else: while depth[-1] >= node_depth[i]: depth.pop() ways.pop() feat.pop() nodes.pop() if i==children_left[nodes[-1]]: w='{f}<={th}'.format(f=feat[-1],th=round(threshold[nodes[-1]],4)) else: w='{f}>{th}'.format(f=feat[-1],th=round(threshold[nodes[-1]],4)) ways[-1] = w ways.append(round(threshold[i],4)) depth.append(node_depth[i]) feat.append(feature_name[i]) nodes.append(i) return rules

4、利用函数对规则进行提取

#训练一个决策树，对规则进行提取 clf = tree.DecisionTreeClassifier(max_depth=10, min_samples_leaf=50) clf = clf.fit(X, Y) Rules = XiaoWuGe_Get_Rules(clf,X) Rules[0:5] # 查看前5条规则 ['GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & DKYE<=67419.1094:45.0:8.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & DKYE >67419.1094:61.0:3.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE >663.54 & GRZHYE<=45622.4883 & DKYE<=1825.5625:63.0:2.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE >663.54 & GRZHYE<=45622.4883 & DKYE >1825.5625:188.0:0.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE >663.54 & GRZHYE >45622.4883:46.0:4.0'] len(Rules) # 查看规则总数 182

我们可以导出成表格的形式，更加清晰

提高树的深度再看看，max_depth=15，可以看到规则数从182变成了521条，规模更大

clf = tree.DecisionTreeClassifier(max_depth=15,min_samples_leaf=20) clf = clf.fit(X, Y) Rules = Get_Rules(clf,X) Rules[0:5] ['GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & GRZHSNJZYE<=19428.9082 & DKFFE<=.0 & CSNY<=.0:54.0:0.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & GRZHSNJZYE<=19428.9082 & DKFFE<=.0 & CSNY >.0:18.0:2.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & GRZHSNJZYE<=19428.9082 & DKFFE >.0:19.0:4.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE<=663.54 & GRZHSNJZYE >19428.9082:15.0:5.0', 'GRZHZT<=1.5 & DWSSHY<=14.5 & DWJJLX<=177.0 & DWJJLX<=115.0 & DKYE<=.2852 & DWSSHY<=4.5 & DWYJCE >663.54 & GRZHYE<=73608.0156 & DKYE<=1825.5625 & GRZHSNJZYE<=9524.7949:21.0:2.0'] len(Rules) 521 #可以遍历所有的规则 for i in Rules: print(i)

到此为止，我们完成了基础规则的挖掘，面对实际业务，我们还需要更丰富，更灵活的挖掘方式。

五、挖掘更多的风控策略

上面仅仅进行了初步的挖掘，我们还可以对特征进行抽样，然后进行更大规模的抽样，最后从决策树变成了决策森林，感觉有种随机深林的感觉，大家可以试试。如果还有不懂得，可以咨询我。【关注后回复决策树策略获取数据集】