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标题: 基于Python实现的决策树模型 [打印本页]

作者: 杨利霞    时间: 2022-9-12 18:10
标题: 基于Python实现的决策树模型
基于Python实现的决策树模型  i! n$ \6 v0 _
/ t, C6 F! M4 B& z! L/ o* V
决策树模型: N2 J/ g. g& l7 S
目录
  J; q$ y" ]- Y8 o& i; i" k7 Z. R人工智能第五次实验报告 1
5 m3 w' Y$ B& s3 y4 J; n- ]9 U+ _决策树模型 1- t& r* a% N9 n
一 、问题背景 1
, f* Y$ ]' r; J  _5 l1.1 监督学习简介 1$ f+ i  ~5 I$ j6 {0 @1 y$ v
1.2 决策树简介 1, P# Z; X; m) A% f1 A' e1 S
二 、程序说明 34 H4 G! Z# j0 K' i+ q
2.1 数据载入 3+ T  A7 {1 X2 `6 L/ P- L( G
2.2 功能函数 3. K  B3 E/ f" `
2.3 决策树模型 4( L5 s- c% z9 t5 z; v
三 、程序测试 5
) J( N  ]3 u# x& g, {! N$ S6 ~3 E& H6 G3.1 数据集说明 5
& l1 S. q; L5 P9 b3 H3.2 决策树生成和测试 6! t+ D# B5 R1 q  D- d
3.3 学习曲线评估算法精度 7' P/ s5 G4 H$ b$ H8 }
四 、实验总结 87 b& O1 n5 s1 Y7 ]% ]+ |/ q5 I4 b4 a
附 录 - 程序代码 8+ ~: ^) v2 B; Z% q4 Z! ]- G
一 、问题背景/ s1 c! ]6 x2 Y5 H: U+ s+ s& e/ k
1.1监督学习简介: d) Y" [( ?1 p2 L6 |' ]
机器学习的形式包括无监督学习,强化学习,监督学习和半监督学习;学习任务有分类、聚类和回 归等。2 {/ u5 f+ {5 K% }9 a, U
监督学习通过观察“输入—输出”对,学习从输入到输出的映射函数。分类监督学习的训练集为标记 数据,本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=16720每一条数据有对应的”标签“,根据标签可以将数据集分为若干个类别。分类监督学习经训练集生 成一个学习模型,可以用来预测一条新数据的标签。" t6 t; a6 K- Y6 X
常见的监督学习模型有决策树、KNN算法、朴素贝叶斯和随机森林等。( j1 e1 \4 O" u4 P5 o
1.2决策树简介
9 i+ H" |) B7 W' Z9 d' o决策树归纳是一类简单的机器学习形式,它表示为一个函数,以属性值向量作为输入,返回一个决策。8 ^# `9 m4 f9 D4 l) c
决策树的组成4 v5 G: p& b& B4 U
决策树由内节点上的属性值测试、分支上的属性值和叶子节点上的输出值组成。; I1 v" Z- O: `+ S1 H0 L% Q
* z- {& s8 j' F  X( C
import numpy as np* A, q# l) t! p+ _
from matplotlib import pyplot as plt
/ O" W5 T! L+ ]# Nfrom math import log
4 M+ U" F% f+ N4 u" Pimport pandas as pd! I, H' Z  A+ O6 G  L8 |" K6 N
import pydotplus as pdp) {, F/ ~+ ?# c/ ~9 p9 W
- h* I* H9 W1 Q; z& R
"""! \; {, Q) l6 r3 r0 [: z
19335286 郑有为) b+ E% d/ c3 b, N" G% M3 o
人工智能作业 - 实现ID3决策树) e" U& _6 X! F: u1 \7 U0 J
"""" V! T4 i! B6 [  F

4 g2 }9 D# W9 \5 nnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
* M# o& s/ H% n) Xcolor_i = 0* j/ `7 H1 y; z4 H. `
# 绘图时节点可选的颜色, 非叶子节点是蓝色的, 叶子节点根据分类被赋予不同的颜色
  @3 Y. F! ^4 p. W' Lcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]  v; O, X  b# K# L

- C" G, G4 l. e. C# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买2 ?( m% n' ^' I8 c3 g
class load_car:
! h% g- N. N$ W* l9 u8 ^# Z    # 在表格中,最后一列是分类结果" k- m3 m  B8 D0 s, b4 d
    # feature_names: 属性名列表
, H2 B( E- f8 G* P* w    # target_names: 标签(分类)名( n6 S. ?9 I0 m5 D. N: ~7 c- P4 A
    # data: 属性数据矩阵, 每行是一个数据, 每个数据是每个属性的对应值的列表
+ i, N3 p* Y0 ]# s2 }    # target: 目标分类值列表9 \6 j" w9 I0 l! p+ k
    def __init__(self):
( A( U0 M8 d- l! b0 R7 B        df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
0 O/ q3 f( z! G, P, U$ O0 W# E        labels = df.columns.values; u8 f, k  `) r8 \! ^, r
        data_array = np.array(df[1:])& V* o2 s* B/ E; Z
        self.feature_names = labels[0:-1]* Q- L* c; m& ?  l
        self.target_names = labels[-1]  Z* Y3 l# F# C% c
        self.data = data_array[0:,0:-1]
' s$ q4 F. [! Y: a$ C1 t. M) x        self.target = data_array[0:,-1]$ ^' ^2 N5 G+ n) s9 L! A

  d. B* P2 O! V; G- w8 _5 @# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒% s7 P4 R5 K* f5 p
class load_mushroom:
+ C+ J( U- g  z# T/ u    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
% T/ C; E# d2 }+ J1 O    # feature_names: 属性名列表6 ~( q0 Q1 n9 W
    # target_names: 标签(分类)名- L2 t" z; t5 x0 M1 Y% k
    # data: 属性数据矩阵, 每行是一个数据, 每个数据是每个属性的对应值的列表
. J& J: w9 ^% h, V8 D" v: Z    # target: 目标分类值列表
2 s5 M! b$ J- q1 L    def __init__(self):
" E& j2 b* w2 q* H; y% G8 p        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
; k) {8 @: h. c1 p, O        data_array = np.array(df)) T2 C* @" ]; B$ a
        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
# N  F) X3 f6 P* w" w( m                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",# `0 w* j! T' o! w  A
                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
) s2 y; P5 O; _" {" b8 X0 V                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
* p5 D# F2 n9 Y  Q        self.feature_names = labels[1:]" x; f8 G" f9 j1 K2 A' J9 _
        self.target_names = labels[0]
7 T7 R' V$ i( ?& u1 y' z. x        self.data = data_array[0:,1:]
; [4 t9 B5 ]) ^0 @3 q        self.target = data_array[0:,0]1 F2 B0 \$ j/ k2 S
0 w7 S$ d) A9 ?  ?
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
2 m) d. j, ]& d2 v( F( Aclass new_dataset:: q8 j4 ~0 d2 J7 D& X
    # feature_names: 属性名列表
$ g- Z- f/ @5 y# _3 `8 e: w    # target_names: 标签(分类)名% t0 w' i& R6 ~+ U
    # data: 属性数据矩阵, 每行是一个数据, 每个数据是每个属性的对应值的列表) m+ z) j' @# x: M# j0 }
    # target: 目标分类值列表
8 t/ [9 X2 L" S    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):8 L3 f1 W) j; w
        self.feature_names = f_n! l& R" A& q/ |% O" b
        self.target_names = t_n  e+ u; ?  J9 h7 X
        self.data = d
  M$ M! ^, t5 w- d4 e, @  `" w        self.target = t5 m" J. i* t) q+ l1 ~  i* u

. a$ \/ D, J# b( N# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
3 M: c% K& W- e#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
0 {, }- k. {- u% v* y+ f5 i# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
4 P: N; Y) C2 j* T, T0 _def get_h(target):6 \& Y0 `1 t3 _$ Y; k3 K
    target_count = {}
; Y& G7 o4 r* A7 ~' v5 s: y/ V8 J    for i in range(len(target)):
" r' }# z7 I/ E, v: D. H. d0 D- f        label = target. H- H5 g7 e. C+ K
        if label not in target_count.keys():8 C# |$ b/ g: b! b1 g: s
            target_count[label] = 1.0" |6 r0 z5 |5 I3 Y% |
        else:
- O5 e& F" P8 N            target_count[label] += 1.0
  N% z* V0 M  F    h = 0.0
6 {8 ?8 d) w# p    for k in target_count:
% A3 R- h) f4 u' W        p = target_count[k] / len(target)' N# B2 c: R  d3 L4 ]: }
        h -= p * log(p, 2)
3 f: u- r/ q8 m    return h2 x2 R! l3 `; ?9 Y3 e% L

1 [! U& V/ L4 ], R8 ]4 h; n# 取数据子集, 选择条件是原数据集中的属性 feature_name 值是否等于 feature_value
/ L  J- X* Q5 K9 Z2 J  {- |1 @# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
$ z0 K. ~5 X$ z4 Idef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):. q0 L" }7 }, k' s, X
    sub_data = []
* F: g" Q% M1 O    sub_target = []
7 C/ |: E2 [  o5 Q    f_index = -1
4 k9 Y/ b- k% j  ?) \, u$ ?    for i in range(len(dataset.feature_names)):  Y+ M* G- \) {) c; `* {
        if dataset.feature_names == feature_name:5 C, `4 _  R4 s, {/ G
            f_index = i" n' O% U. V' M* C; a
            break0 ~5 ]- J! m) ~/ f
2 a1 |; r6 d( K/ {% z
    for i in range(len(dataset.data)):
4 y/ r4 W6 Z; q2 }! y        if dataset.data[f_index] == feature_value:9 l0 x# c/ n& U, \$ Z
            l = list(dataset.data[:f_index])
: t' N; z; i6 i' S$ z, S* ^            l.extend(dataset.data[f_index+1:])
2 U) G8 ~8 j  D6 y7 O            sub_data.append(l)  A/ D  b% v- n+ a5 }
            sub_target.append(dataset.target)* Z" _) a9 D& H) ]9 K2 w/ n

9 I1 m* P# `6 {. e) I7 v9 ~$ D    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])- L  g# O, g4 k2 R7 B
    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
  o1 H) t! G1 |$ T6 l7 L% \' r! `    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
' l7 b/ _& z. a, Y, Y$ n) i( P
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分1 w0 [6 E7 o8 B! M9 O' S" Z% L. o
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减7 a& i# w* T8 L6 S
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
( ^! ^/ F4 ]- O1 mdef best_spilt(dataset):4 i7 ^& ?0 j9 U; @' T% T( d+ A' g

: @" g) r- U. ?& r, R    base_h = get_h(dataset.target)% C, H6 z' N2 ]& g0 N
    best_gain = 0.0% R# k1 X, E5 S) g) R4 C
    best_feature = None
9 {& C3 \  X0 {4 h( @    for i in range(len(dataset.feature_names)):
0 `# A- z0 b' L: M& d3 c8 H        feature_range = []
$ v8 i# V' ^, Y" Q" O" F5 T        for j in range(len(dataset.data)):
" I6 {0 |: f% E6 `6 f# _" \: y            if dataset.data[j] not in feature_range:
1 s# n  i8 q/ h; @* Y. [9 b* d                feature_range.append(dataset.data[j]), f! z1 K$ B3 r- M+ Y6 K) I

; h, r2 m- M" O, |        spilt_h = 0.0- i! \. f9 O: F. P0 s
        for feature_value in feature_range:  c: n6 i" Z, D& S4 X
            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
& W! v8 _8 Q1 u            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
# }7 \7 ?5 S( o
8 ?$ `- O% g$ ]2 E) d        if best_gain <= base_h - spilt_h:
9 P5 f: Y. u/ C% s* I            best_gain = base_h - spilt_h
  ?5 ^9 a' s, F$ J9 g3 e5 d1 h5 F  d            best_feature = dataset.feature_names
4 ~" W/ G+ H, v% ^- Y6 I, }
8 I4 w% R8 Z+ A9 }    return best_feature( t! J6 c1 L3 p5 f! F; E# {
1 g* z, X6 D8 P8 s4 n2 J  G
# 返回数据集中一个数据最可能的标签
% x  x9 N# f  ^" F+ f6 W% L2 |) Jdef vote_most(dataset):; p- j4 w( v: D: p9 L1 e( N
    target_range = {}
+ u( ^9 x+ ]/ }* _* J    best_target = None1 b8 K2 ?- }1 H& {, n, W
    best_vote = 0- {/ x8 ^4 J& Y& _

1 ?+ v- l& e/ v: r4 Y$ q& U* {- G4 U    for t in dataset.target:
8 Z4 S& x& m  _        if t not in target_range.keys():
; [3 ^4 t: ]% a6 ~- H) a: q5 B# P            target_range[t] = 1
( Y( B% j. l; q) a, G! _        else:
/ V+ l( V/ n' t% U8 J+ v) B            target_range[t] += 1
( E: X7 i& X) O; o' v2 R% p9 p" ~9 F; I# k3 I& h! _
    for t in target_range.keys():
8 I4 r8 \* b3 V& B' `% y7 q        if target_range[t] > best_vote:, z4 U' J# W- o+ J; F
            best_vote = target_range[t]
" Q3 R8 u+ L' O2 i            best_target = t
2 J( v5 ]3 q& v2 \3 Y9 U
7 w' M0 _2 Y' E6 G    return best_target
" q9 b/ @& d! x! Q$ m  T' U+ B5 D, L$ x/ D8 _  x( q
# 返回测试的正确率
: }6 Q  I$ z& q: c# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表: e$ T! j7 d1 o+ E% Y7 U
def accuracy_rate(predict_result, target_result):
- W3 d& l, W* s    # print("Predict Result: ", predict_result)* m9 e* J  v# c# o1 H6 Z$ P. T3 j/ T
    # print("Target Result:  ", target_result)
7 m& T. B9 |2 l$ n( P    accuracy_score = 02 C+ f! j. I7 b* m4 J# f6 q
    for i in range(len(predict_result)):. X# A) b- Q5 K) l+ U
        if predict_result == target_result:9 D: c3 [3 V& M' N
            accuracy_score += 1
1 ?6 }& x+ P' T" g. _7 n1 D! u& }    return accuracy_score / len(predict_result)5 m2 |. L- ?! q' e* m5 @
3 H" l/ ~- p) ~4 q/ W  J+ Z
# 决策树的节点结构4 Q6 z% d4 A% b( C; {8 c. z) S
class dt_node:
: q$ B3 c6 I. N- O6 K, P2 Y, m7 D! ~' b
    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
; b2 a# h+ ?/ \  t7 ]! u        global nonce
+ o: U* ~6 c1 ]9 N- [        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图8 C4 x( p: M1 D- W# F% h( E
        nonce += 1
% F# V' s" t( j6 t5 V. n) T; D        self.feature_name = None
2 P: h- s$ y6 O- \# ]        self.target_value = None
& [; s0 {. `/ ~* g# a: \8 ^2 O: u        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
8 B# N5 H* y. n: I        if not is_leaf:
; O7 G, c  T! `  I            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名4 C+ P5 g6 b( W) B$ ?
        else:) X5 m/ H6 ]- b  J0 U2 V. p
            self.target_value = content # 叶子节点的标签
$ ~$ q6 o+ k0 T
! b# H9 n& R2 z2 w1 A$ M4 p2 S        self.parent = parent% A3 n: ^9 s( M6 m; l
        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值* B" {& P$ ]6 f0 Y' H$ M

, J' k  e- U' L0 [# 决策树模型
0 D; r; }  w7 W, }class dt_tree:$ e6 E1 E( c: ]# d6 y
8 b# a- A; q% _7 W
    def __init__(self):
! Z0 W' w+ X. p/ z0 t        self.tree = None # 决策树的根节点
3 F" j0 C( M! h        self.map_str = """
* G3 z. O1 X! p) B5 ?1 T) X            digraph demo{5 c3 v' J7 P' p) z5 ^! C# Z0 E
            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];4 Q) N4 U& O8 S2 W- m8 }
            edge [fontname="Microsoft YaHei"];/ w5 i' k* h' j$ ^3 C/ ^
            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构: ?; ]' ~. O! x0 U7 M- m* w$ _2 R& ]
        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值! w0 S( ]$ j( v) V1 z) ?

. d4 e+ {2 n/ R! m/ l4 U    # 训练模型, train_set: 训练集* R' n& p  n& q1 v/ V! {
    def fit(self, train_set):
/ V: U0 ?  z. n! u9 m
$ \1 m4 h. v& A. y& |  q. k- q        if len(train_set.target) <= 0:  # 如果测试集数据为空, 则返回空节点, 结束递归$ s" s" @  [. S. _
            return None$ n2 \; K1 ]* ^) P, W+ r) O

! J( Q/ B6 i* u        target_all_same = True
) Q% X7 ~8 L: h" X        for i in train_set.target:, T/ Y( F1 S- c
            if i != train_set.target[0]:! b; l' R6 s$ f7 S5 f: _. T! e
                target_all_same = False
, K7 n3 o0 Q/ u! U  Z                break
! b  g3 E) T6 q1 W9 ^% I  Q0 y* S4 p2 I# u  ~
        if target_all_same:  # 如果测试集数据中所有数据的标签相同, 则构造叶子节点, 结束递归) H! h0 M( ]( A* N# F, P0 b! o
            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)' Y: J) J; V: O& R( m1 _8 G
            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点& C8 S0 ?5 I2 @0 P
                self.tree = node
! ]* \. `1 r/ C! e+ }/ P
4 o" W9 N! X( Y+ w0 ~            # 用于作图, 更新 map_str 内容, 为树图增加一个内容为标签值的叶子节点
! J  S3 R, O( a( n/ s4 L            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
8 D% x4 l' F: U, [3 T; K/ a" j$ ^            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"" U% K1 A1 v) t8 q
( i( W3 D6 F& _  f8 _6 e! \2 D2 F
            return node4 C0 H' k$ u# {5 P
        elif len(train_set.feature_names) == 0:  # 如果测试集待考虑属性为空, 则构造叶子节点, 结束递归( {! E/ U7 y' H+ S
            node = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)  # 这里让叶子结点的标签为概率上最可能的标签& l4 K; d" O2 x4 a# V, P3 N
            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点0 A" V: h. b$ U! e8 `' [
                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]/ u  \" c& t8 @! C
                self.tree = node
3 J* h8 J  J8 S9 F9 B7 U" _$ F2 a- T! F' }
            # 用于作图, 更新 map_str 内容, 为树图增加一个内容为标签值的叶子节点
/ b+ \4 @' p, A) l: ^            node_content = "标签:" + str(node.target_value); c% W! A/ D" H" X, d2 H" Y7 O9 f' ?5 M
            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
( L/ Y% z. u, E: z+ h4 D2 x' |# u9 R" Y3 A
            return node" Y2 v5 w- @! g" p' P4 b6 T: B
        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
# Y. M! {1 {. k* |2 v            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
! ]2 ~/ [7 Q/ W1 k: c; B            best_feature_index = -1+ V: u$ z% f, A; {) A
            for i in range(len(train_set.feature_names)):. L  b# v7 L7 f" _9 u1 F
                if train_set.feature_names == best_feature:
' j$ V7 [4 N+ n' c                    best_feature_index = i5 M/ `2 |0 r' `3 ]  T
                    break
2 h. j4 v$ N* l8 U1 `' t5 n9 W2 a' }1 p) w/ K2 ?
            node = dt_node(best_feature)+ C- T* B4 S' r- Z5 P; ?/ R+ m
            node.vote_most = vote_most(train_set)! C) `1 H, y2 X- F; K$ L
            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
6 a7 _" g% Y! T$ _+ z  y                self.tree = node
2 R$ K' ]* b" j4 f                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
" V. Q2 d. C& U. ?( L                for i in range(len(train_set.target)):
; x) z3 Y; q! T2 f                    if train_set.target not in self.color_dir:; \; v4 S  x0 o' ~0 V
                        global color_i
( n8 [% ^. \1 i+ P# U                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
1 @$ K* K( `7 K/ S* [8 w                        color_i += 1
( A2 m" ?  a) v8 r+ O8 y: a& [+ s                        color_i %= len(color_set)/ |1 p0 n# _$ h: i0 j" M

2 m7 A9 z7 L" v4 y9 [" |' k- T, I            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值6 K8 T- Z' z8 [+ e& z; T2 t
            for t in train_set.data:
, z$ \# `0 t8 g& u. b" E( V                if t[best_feature_index] not in feature_range:
0 j( C' }& j; D* S: l. s$ i9 a                    feature_range.append(t[best_feature_index])
* m6 o8 i' `# [
( j% ?9 @0 _. Z" o; w+ [            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点3 k: ~. w* k0 w* ]2 v! v
            node_content = "属性:" + node.feature_name
$ d+ S' y+ {6 N8 u; N) i9 P            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"% _' D  @5 Z# x- D8 W) }+ P

; L+ k% R  U" V3 r, w. g+ h4 t+ N            for feature_value in feature_range:( e3 }9 N. O2 m6 S- O( L
                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
2 W& E2 t% ^' w                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
8 t0 r0 M* S7 I+ w: p+ K( b                if node.child[feature_value] == None:9 P! Z& b9 W- P! H! u" b
                    # 如果创建的子节点为空, 则创建一个叶子节点作为其子节点, 其中标签值为概率上最可能的标签3 q) ], I2 v# q0 I- l# t8 P3 g
                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
$ M1 ?# I+ S+ z8 g$ G% J                node.child[feature_value].parent = node
. y3 _2 |1 H* R2 [3 f+ g7 |/ `5 |" G- `9 Q
                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
/ }! [4 c! P8 ~; N7 P                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"/ x, Q& P- A. q' e# {3 F

( D( W* U( Y7 R" \# Q% P) K$ r. F2 P0 [5 n            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
+ r  P% Z" o, c% b1 G            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)( f' R. ?% g/ V! d7 O
            # for feature_value in feature_range:
/ o" F, Q  R! A            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
+ h! q1 E( I/ W' [            return node
6 I0 g$ T3 w6 X0 k: \2 h" |
) F" w' J$ P2 q, q- @3 }/ S% U; Y% [    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
, I* ^. x# K9 j1 z- f( u7 Y$ r    def predict(self, test_set):
/ I" c* H6 p- [) C, K% r) g        test_result = []
/ E3 {- w, `) @/ P7 q& C        for test in test_set.data:* g  E0 U# t) m
            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点$ v; i, e# Y! M* K
            while node.target_value == None:3 w( e& e( G  x9 q9 W
                feature_name_index = -1
3 x7 J/ n& V0 ^" f" N/ l* C  O                for i in range(len(test_set.feature_names)):5 z0 N9 ~( F& y& c' D
                    if test_set.feature_names == node.feature_name:
1 z. I+ i* d2 B  I  e                        feature_name_index = i
* [. Z& }# j6 s. s: w                        break" f; V, O& |' t. l. t
                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():- r4 V6 S- y2 B: }
                    break
$ G, n" c1 l" s0 b                else:
4 x3 P8 A4 O! d2 P& o                    node = node.child[test[feature_name_index]]
) e) L6 y7 W, a9 v! M. ]: D' S* h5 V' a! v, d3 `* D, y3 E3 l0 _/ J
            if node.target_value == None:# Z; }2 ^4 O' j4 E8 o; B! f
                test_result.append(node.vote_most)
  f6 j# [3 G4 s1 r5 g1 z            else: # 如果没有到达叶子节点, 则取最后到达节点概率上最可能的标签为目标值, J: g: y. @9 U
                test_result.append(node.target_value)2 W1 [2 d' Y/ X2 }1 _

" j+ T3 @' G  V. z' i. O7 l# ~, M8 M        return test_result) Z5 u) C1 b( Q: f" x/ e

* L- h; i3 g' W8 E$ G  e    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置0 H( d8 V# h8 V0 ^. R2 A  U5 w+ E
    def show_tree(self, path="demo.png"):% n* `/ o9 |* L
        map = self.map_str + "}"
8 J" N* l& i3 M+ P+ `: G1 r        print(map)  h% J) S  S+ [/ D' k
        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)1 a: P7 |. l* J* V
        graph.write_png(path)$ N3 Y& X& q1 j* a3 W
, Q; z# q0 k% |" ?: ~9 x; |/ H
# 学习曲线评估算法精度 dataset: 数据练集, label: 纵轴的标签, interval: 测试规模递增的间隔
7 K, ~: D! x6 d+ k0 U1 y8 Edef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):: v% o/ @& w6 K: S& @
    c = dataset
# Y' c9 V: i" N. S) H- s    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
5 o& Y8 p# \+ _/ u, i* t    rates = [], L& g- V$ d+ J+ A& v9 _) l# q
    for train_num in r:
; e* n6 P6 y- |! W/ {' V7 `' h. Y* A        print(train_num)0 N6 o! e' Y# }# U$ e7 z# e0 ^
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
  z1 v; {" ]9 C/ G+ U        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])* |5 m( c' ], V/ K0 s
        dt = dt_tree()% O+ Q+ e2 C0 R7 w/ m
        dt.fit(train_set)
8 F, w+ O% ^2 j0 a) K/ W        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
5 ~2 G# Y+ o: I" F5 _5 K- Z7 ?* K7 P- t
    print(rates)6 V# I  Q; M: I
    plt.plot(r, rates)
4 d$ ^" V( D: |  o) n, N. ]    plt.ylabel(label)
- `7 L, M6 h; T; o! Q    plt.show()
5 V$ ]' L' d4 A2 m) d7 s* O
2 T6 V% q% R1 h3 k8 Nif __name__ == '__main__':9 a- D  V4 C) T+ Q  y5 R
' n# E+ y  ]2 h3 m1 |: ~$ [9 H. t
    c = load_car()  # 载入汽车数据集: _: a& \- ~/ c. Y2 u
    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集4 U$ H& O0 P+ N$ b( h
    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
; E9 t* L* U+ y- b+ T4 ^" j    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
" }" @7 g2 P% `/ L4 Z2 v* a  v    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])2 @/ W' z! V  z; b( x" D2 w
- W+ j: R" {* {5 a8 N( W; r
    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
" P$ S# ?! ~, l8 t. b    dt.fit(train_set)  # 训练
$ y( X* u6 C/ ~; w    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
; A- E) |0 I$ N: R9 H' K$ ^. V. S    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
& p! d/ k  Y! C% F+ I9 u" g1 H- s/ L; h; v  Y
    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")( s( u) y2 Z% A3 c) v4 x
    # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
' Z# S8 {8 G! [4 v* N- v! `# M5 g0 e* Y( k9 J, z

1 v! r" ^: W( X1 l- i; n8 T
  N" ~" M& ^: t1
# d* ?8 A- H$ K1 b+ T' e0 e* g* g2. m  ~/ {. R9 T9 o" E. Q
3: A7 n2 k( Z* z# q! U
4% W9 E( N- u' z3 S5 I3 Q6 l
5
5 }* B& d1 D! U2 ^/ b$ y6
% e% \# g: P; I5 T' i. W7
, e2 b0 P. ?/ N* U/ R: Y& v+ `& v8
3 n; i; ~8 z8 ]/ h8 y; {2 |9; k- v# s% ]" _; T7 O4 D9 M
100 \+ i' a- }; ~0 N/ ^/ F5 e- r% M
11% p2 _# J$ ^: ?5 t8 f2 A) m
122 [- z, e: ~! n# x/ T% E* l$ D/ O; R
13
- t7 }" g8 d2 H14
6 a! y9 @! V4 f- ?; V" X7 e; M15
- T! j. ?. K/ t8 Z/ ?! _- j* H16$ f3 m' l5 R" c' K6 c
17' \0 l+ {" J( g1 b
18" U" w. u& Z- m$ g$ x1 y
19, I0 M  O) N& X% X: h4 k6 u
20& ?' f' V0 V9 d. ^( L+ [
21
. t* }! S" V# {: d' J. L22
4 H  M3 _& l# W+ l$ D4 a23* k. h/ V' _% Q0 W0 `
24) l0 L/ N( g- V4 V  z
25
/ ~2 z5 y( |! _( Q26
& t! b! \, G% o) y: T% \0 f27+ u4 s5 r  W1 ?  [7 ~
286 N, v9 E% H- j) `( O! k
290 n" b1 ?6 d9 _4 U
30% }( y) i4 t! H2 q
31
5 f2 l, W% a( n# C32
+ P( R7 y# ?. W33
8 U. H# N5 l0 j1 L% J/ N: M+ R34
5 n5 z$ g2 w4 p/ j352 E9 M$ g3 Q8 a: R
362 O  K- Y0 ~9 l* U5 l) Z8 p5 w
37( A) x4 E3 o+ T+ @
38
6 l% e7 u; Y5 h2 o, A/ W39
1 g* A2 G2 b( f. Y! I. {1 Q40! M) \3 i4 T! a, D
41" ^- n) a7 U- q6 a/ i
42
9 K4 j( D1 `9 X5 {43
1 L% t$ x) a: V: w" M0 E44" n) M. v- z7 p
45+ u) J- W; x5 }2 c6 T( u
462 p- _6 A1 ]& ?, I0 b
47! Z3 y* z7 C. e3 a9 T/ ]$ s0 a
48
: O! V. B  a/ d5 Y2 Y8 l1 r; C49
" D! S. M! ~/ [% A50
+ |% N3 g. e1 _# k3 X" i! o6 K51
( H) g" i( n/ U; k52
0 d: S& U2 ]% A/ j53
, `1 G) z7 I" ?* g/ [0 Y- L54
; x- m0 h" q" D, |55! I0 I' O3 B' T' Z, U
56
1 @! N% b# C; P( @$ M4 A+ t( J57
/ H) R$ x0 @: H8 o7 O2 N9 q- C6 j58) {( B. ]9 N2 L! U
59( ~' C3 c- @8 x7 |# n. Q/ a
60* c( P3 C& |! }. H5 U& j% V1 e, ~
610 m; p1 m" p# n" ]( z. L
62& t& K9 o. F( Q" M9 b. L
63
7 j, x& L* m# V. y$ ^64
0 X0 p# ?0 Z* ?65  @& s; O1 g- R0 w) b6 M4 `  \
66' L. [+ |/ |7 y) `' v; V
67, K; P/ G& }6 i1 n+ Q
683 A+ f6 n/ q$ r: l1 ]5 {
692 [% }+ ?" ?, F9 H9 K' C' n
70
% t1 S& b  @- o$ w71
" ?5 n; d2 }* e! y- q/ S72
# k+ d2 w) ?% D) r% S  {73
' a7 E" L' f: b0 D/ P74! X1 y2 F8 r1 c2 z" u
75! Y# s+ l9 M) O: y- O3 E
76, F; c  i0 n, h! b
77  E  Q& b2 I# t. ?2 {3 W% h2 s
783 J2 E# Q, R1 Q% j; L
79
$ M* j4 K! `- d6 R8 d& H  @2 J8 s' r80) D" M% N4 a) g8 u3 Q4 p. K* f1 z
81, Q: y) c$ ?7 F- K0 f! A# ?
82! A% ^3 j% G. V& `& J  ]8 [) e! F
83
9 I6 m5 V' e& Y841 @2 P' L( L: S. g8 l% U! Y
85
8 Y! v" c7 Q% `9 d5 B86# [+ D: o7 N: W) m* _2 R- W
874 C0 E; ?5 F3 z1 J/ G' L3 W2 o
88
6 e! b/ r% F, B% N899 h2 b4 v" [% r- F
90
% L; F2 P3 ?0 Q& a. Q91) G5 ?; Y9 c7 _, m/ F. r8 J
92
; J/ L4 K! T5 y* n93
7 r5 h6 \9 E- q! o% y$ I" @94
6 B& V3 ]; T: r3 ]" g5 I95
) O. V3 W5 L0 R1 L( t- q96
5 U  z" b. q) Z7 o97
7 C: I2 V, q6 J/ c6 a& r% \% B" B98
: P* m4 `# s  E99
6 p, ?0 a; t: h  ^" P100
% c! |" l* t9 f  c' y4 g* W+ [7 m101& e- H: U4 L8 j: A3 L" ~7 y; o3 F6 B
102$ N5 R$ S8 V4 q/ y: W# G4 H
103
9 \" N4 ]  p7 ^104
0 ]( b- h! z% G# }105
3 L4 p1 x7 F6 g$ X: M5 i2 w106
. @& Y% F, W. C8 Z107+ o  {! I7 ?/ A: s- j$ |
108( I# {9 w8 z1 U/ o6 g7 W
109
2 \- C/ [4 \8 l% r7 O! ~" g110- q' F; f' m) C3 z0 m' a* }. Z
111
: S9 @7 [; E- s# E1126 R$ }: x) m+ g; O( \& {4 N
113
' J( p# D. x! g4 I& q9 g" M* H* Y114
) s6 v& S/ ~# M' T4 ]) p1 v115
, D$ S! G& }- r- q" M; I5 l116
9 w5 k  O7 y: k117, ^* c/ n; K0 P- `& ?
118
+ T7 h) e# s; [5 j% w  \. S119
* b* R! n; b! F. h6 R! x120& J9 L/ y8 p: i' b; Q, Q. O
121% P3 y; X) [" _/ j- \) M. V6 ?
122: R3 E# y" |' h9 l+ N
123
; @. P, R/ l5 p4 I) F124+ i: u/ g+ t! {1 ]/ k
125/ L( W. I. v$ k) F7 ]- r7 J
126
) @+ J3 s% M7 R' h( L127  L) r4 ]  r; [1 d; f6 a
128% w5 ?+ V' g5 V7 c( B! C9 C
129
! e3 P2 H3 O' Q" ^% E7 f" U130
. ^6 f: |" f2 ]% G, {131
* S9 P& Z; C* `132- [' K. l$ d, }9 T: Y
133/ v: G$ k6 A" G3 G! }
134
6 K2 ?/ `* {- n1350 v1 M& U) H" H% H/ g( J: J
1365 q3 ?$ Q9 Y# K0 \
137
! O  ^0 P. a7 U  D  n2 @138  P2 X" m# @! A2 C! m
139) I" a. ^+ s+ j1 e3 g: K
140
: S: h% w9 x( _141- f# K  d) b$ K4 F' }
142
. y6 D- K& ]/ J7 W0 x. o1 F143
/ J( e" f4 ]: Y% ]. K6 s8 E/ X0 R144
8 g7 N8 H+ ?" o" p145% Q2 m  i8 }9 v  {  B
1463 ?$ ^! g4 _% f1 z
147; X! N( P7 }2 ]; h% v! Z7 d! u1 Z
1484 h; D* ^$ V8 [/ G
149
1 o" f: m, I( J5 H1 E150
2 o  _( B8 |' I: ^8 X  ]1516 V; o( ?% O8 r9 X$ O
152, D1 R% {2 [+ ?& [
153
( `; v* Q6 E9 [2 P0 t# ?# m0 ^154
8 {- x# o- [; g155, c7 ?4 a2 p1 G+ \! b
156" }# F* v3 B9 p' f( @6 O6 r! Z* }. J+ K
157* w4 J* y# X' U: x% C% G& C# g
1583 V# z0 d+ z  ]# m' ~7 P0 ~( D
159, A; |/ U- s& @. s
1602 z- ~- M4 M& z' K. \
161
* d! Y! ]& b+ U; E* N; z) ?( U) ]162
4 \$ P4 W& n/ [3 l- b163
1 q0 ?9 H* U& k6 n! K3 I" Y8 h164, ~" s! v8 v* p' x' G$ P: i/ ?
165
! F6 W1 k9 ~; G) q, A& V) L166
( H, Y! }7 E! L; Y  n7 ]6 u/ e1 _1 T  I167
6 b( U; a( H' a. C1 r  n6 q168" M8 F- V2 D4 t. a1 K
1693 B: @- y" K5 l, B  e$ J
1704 V' b. e( p9 g! f
171
  r6 S/ t/ E3 D9 X$ D1724 w4 y4 B$ c# _% `& f; U
173
8 E. F. n  U! `, W" S3 X) W) H174: C3 i2 I6 x, H$ N6 F  Y
175
+ T7 [* h# ]) K9 A" Q176
6 e* `7 v) K0 m) }3 B& @: j177
" q5 Q5 L! b- e5 {- z" }: ]178; u  d& F2 d8 x' `
1797 I& p7 }# _. z* t
180- T, C0 g- A0 }
181
6 q! b& g1 q! l7 L0 r' q# T8 @" I1826 w( u& `6 {% L8 O+ X+ O. Q- y! J, }
183$ M3 \# n, T, N3 u2 i9 T: L$ S) V0 k
184
3 b8 X8 }, Y2 [8 `4 y185
; x- [  j) N6 j& E1865 G- O1 A1 I) u" v9 p+ \
1876 `6 r( P+ e5 E) z% Y# Z
188' v+ U5 Q  }' [
1891 o8 O( _8 Y& u. F1 }! W
1906 S& M' M/ b% R- T: W
191
" S. I2 C" H2 C& ^; E/ ?192
5 J& d: L- X7 R  ~% w: c193- M, `5 m. c& h9 x. l- R
194- E7 _' k( _  o$ {1 b
195
+ G  m  r3 S) X" b/ w196
0 r/ k# L7 ?, D1 s( |3 E  n197
. J' n6 T! ]+ k: ^% r7 J198& t  S& G8 U4 a
1990 J# @/ Z7 m8 G+ u8 G
200
/ O) X, y& _* A# ~2018 U! E% z) f5 K6 r2 Z
2021 r( v8 P0 H' D& X5 A
203
4 ^' j" _2 f1 e" A204
4 t/ E: z' C0 Q205
( g' s" j- ?) g3 M) y" {206- K0 e# P1 f! V  p
207
1 _  q6 J( u. e208: |6 ^- O8 x0 i: L' T
2099 r; n/ [# Z, V8 Z9 M9 t- z
210: [! c. q6 z9 @9 v$ f
211
% l4 k! r5 f" B: P7 u  J212: M  B: a) Y, Q
213
& u' h4 c3 E% S; x214- ~6 z. @8 b1 J9 }* S, n
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