Random forests and stochastic gradient boosting for predicting tree canopy cover: comparing tuning processes and model performance
Notice bibliographique
Résumé
As part of the development of the 2011 National Land Cover Database (NLCD) tree canopy cover layer, a pilot project was launched to test the use of high-resolution photography coupled with extensive ancillary data to map the distribution of tree canopy cover over four study regions in the conterminous US. Two stochastic modeling techniques, random forests (RF) and stochastic gradient boosting (SGB), are compared. The objectives of this study were first to explore the sensitivity of RF and SGB to choices in tuning parameters and, second, to compare the performance of the two final models by assessing the importance of, and interaction between, predictor variables, the global accuracy metrics derived from an independent test set, as well as the visual quality of the resultant maps of tree canopy cover. The predictive accuracy of RF and SGB was remarkably similar on all four of our pilot regions. In all four study regions, the independent test set mean squared error (MSE) was identical to three decimal places, with the largest difference in Kansas where RF gave an MSE of 0.0113 and SGB gave an MSE of 0.0117. With correlated predictor variables, SGB had a tendency to concentrate variable importance in fewer variables, whereas RF tended to spread importance among more variables. RF is simpler to implement than SGB, as RF has fewer parameters needing tuning and also was less sensitive to these parameters. As stochastic techniques, both RF and SGB introduce a new component of uncertainty: repeated model runs will potentially result in different final predictions. We demonstrate how RF allows the production of a spatially explicit map of this stochastic uncertainty of the final model.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,022 | 0,021 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».