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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* @$ s, L5 [& o) B( n8 D2 K1 }

" ^  ]8 t' t/ d9 p, H1 y' s3 {决策树模型/ k, v/ {5 G5 r
目录6 d2 D& f' D4 O' D$ W
人工智能第五次实验报告 12 i4 T( g" m. |7 f6 n: G: N
决策树模型 1  h7 x: v- k5 Q) q( f/ s, P1 F
一 、问题背景 13 v* f. ?0 N1 a! d' A
1.1 监督学习简介 10 J# ^1 Y! b" Z( g) p# Z3 p7 _( V
1.2 决策树简介 1
2 n# y: ]: Q' _) j, w二 、程序说明 3  u0 Z, k' }$ m: O7 x, N' M, E
2.1 数据载入 3
1 V4 r. J+ a7 O/ o& _4 ~& w, l2.2 功能函数 36 }  s: c6 o" a8 e- m0 ~
2.3 决策树模型 4
$ Y% n, Q+ b' z/ J' ~三 、程序测试 57 I, ~; b: `$ g
3.1 数据集说明 53 u1 j: h/ R9 k5 u8 U6 Q1 O5 H7 e; [
3.2 决策树生成和测试 6& i) T; F8 B; `, ?, g( X# O- O& I+ A1 O
3.3 学习曲线评估算法精度 7
3 r7 A4 X* K/ x6 ?四 、实验总结 8
4 Z1 }) B5 |0 ^6 W1 h2 ^# D% X附 录 - 程序代码 8
; `( r% t; Z( }8 ~; v一 、问题背景! t; u; ^  S! ~" Q5 k
1.1监督学习简介
& s. k* r$ U9 K4 {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。
9 @+ a# ]: s' X1 x7 t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。
* y9 c. @4 M% W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。
9 v% M' Y) t0 z0 @1 E& l% a; n1.2决策树简介; v7 |; \. ~7 ~' S8 H
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。' q6 s; F% h. ~2 L6 ^
决策树的组成: q# n/ N! j2 X" I, y
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。( |9 q, l" S9 s# p7 g/ M

9 Z- I+ c# r2 p) l# T8 e# R! G4 qimport numpy as np
* x+ c6 s/ H# ~1 O* a: B  h% A* Rfrom matplotlib import pyplot as plt
$ i9 N7 \; M/ n9 b! d/ ?from math import log6 u2 Q# K9 `, m/ p' U, P$ a
import pandas as pd
0 N0 \) j. y4 p3 j( Yimport pydotplus as pdp" U/ o5 I+ D! x8 c3 }5 r  [4 y
" W7 {$ [- z9 _6 a: x/ a
"""
6 {7 R1 F6 J. F+ ^+ F8 n19335286 郑有为1 N0 D7 o! z% z# R
人工智能作业 - 实现ID3决策树
) r! C* s  Q. p- z) m5 |+ L"""% F# ~3 D' Q/ r! [

- e3 E9 }# W- o3 g  @; hnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
5 E6 }# R' L, acolor_i = 0) ?6 E3 t3 _- |7 `5 z( K
# 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' j9 j4 J# j: e
color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]' [) l  l- |2 h1 ?8 S, @
% j0 |& `' `' Q  Z3 S
# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买: Q: b- ?+ x7 b: b. Y$ j6 Y
class load_car:7 G# f# j3 Q& r# Y) U; ?. o2 I
    # 在表格中,最后一列是分类结果9 J  R1 j- w8 b% {+ w4 Y
    # feature_names: 属性名列表7 e  _3 r! B0 m. c/ \- W1 r
    # target_names: 标签(分类)名4 S, N) s9 E- }
    # 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
  F: a0 h3 }/ z* ]3 E+ e- b3 n    # target: 目标分类值列表
1 x' I# x  \2 e" w4 Y1 z    def __init__(self):
1 q( C# L$ q( w' _5 i        df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
0 a( B! ^! o: F        labels = df.columns.values/ D# U7 C' M$ {* I
        data_array = np.array(df[1:])' s  k5 n3 {$ k; W
        self.feature_names = labels[0:-1]
; F: L2 K* l# a& D4 Z        self.target_names = labels[-1]
3 [" G, G! V: x3 z. R( D        self.data = data_array[0:,0:-1]9 W; A  v- Y9 X+ b% V2 a1 a% ~! y7 V
        self.target = data_array[0:,-1]7 }* W- P8 N1 e: L- i
3 `( y- x, ?$ w: W' h% D# O
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
* W5 g/ x! O8 U3 m/ o( qclass load_mushroom:
9 q5 K: R4 f( S$ D    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
' u9 [, q" [1 X5 N; W  R( P( |    # feature_names: 属性名列表9 b1 {( w8 H2 L
    # target_names: 标签(分类)名
  v3 `# o- N9 n& r0 k) P    # 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
/ L8 v: a- K; C' w4 w' S( @3 b    # target: 目标分类值列表
+ T9 G5 T  _# N" _, X3 Q    def __init__(self):
2 w$ V  e. V9 A# `* U  s        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
, y- S8 A- w; B  O. R; [# q        data_array = np.array(df)
6 u. E. n" b1 V, d+ {$ D0 N        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",9 c- e2 u- E7 c8 d% q& U% [+ A
                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",- p/ N) c) f' ]! C
                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
$ |& I$ o) M) t7 k& B- t                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
: q3 G6 L; v7 e1 n% W% ?+ U6 G        self.feature_names = labels[1:]- a$ A" @& W6 h$ z* }; j* V
        self.target_names = labels[0]
2 _# B0 F4 u. }) J; R7 q8 M+ I        self.data = data_array[0:,1:]
! m4 G7 x& v! |- u; J. W        self.target = data_array[0:,0]/ h8 ?9 o5 {5 G& y+ r2 S( J

4 W* i' T' d8 ~# A' y# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
, c, ]6 q4 X0 O( B- X# x% X) Z9 Iclass new_dataset:- Q3 h  P4 A& l5 B" D
    # feature_names: 属性名列表$ g% F$ l2 c& F' X6 f( R
    # target_names: 标签(分类)名
! v  x. [' X% [* z" v/ ?1 J    # 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0 ^- M$ |6 R6 o. n
    # target: 目标分类值列表/ U7 c# A2 T% Y9 W, M
    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
' t1 q3 Q, o3 R/ Y/ T- x$ {2 h        self.feature_names = f_n! A9 C, w; ?3 P0 T7 b5 I
        self.target_names = t_n' c- d6 v& Y4 P7 F' f' z! L
        self.data = d8 S8 g* {0 y) `% D
        self.target = t
! h" [# ^* q- }) G( N4 k  V5 `2 u! L1 e- i: _
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$9 q6 B2 m! R9 R- c
#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
( e7 a$ h4 p* Q2 N1 x! H( g0 i# target: 分类结果的列表, return: 信息熵* Y3 [" Y! m0 w! Q; ~: [0 U. m
def get_h(target):" d" E( S0 ?$ j
    target_count = {}
% T' r' i# ~( w' I- z7 z    for i in range(len(target)):
& @# Z, V% X/ `1 u9 I. T2 |7 J        label = target
8 y! ]- b- l; p. K2 M        if label not in target_count.keys():
. U8 b: M$ Y8 j' j3 H            target_count[label] = 1.07 ]9 F) [+ X8 S) ~- [  o6 X; t! U/ Q
        else:& W3 B5 ]- @" N9 {! G
            target_count[label] += 1.03 o. z& f0 z1 N# D
    h = 0.0( q% R/ e  L  b( s
    for k in target_count:7 F7 m' v$ Y( g1 K' P
        p = target_count[k] / len(target)4 |- O) H4 n6 s2 F: U
        h -= p * log(p, 2)1 z4 d3 Z2 ~9 y* r1 y+ K
    return h/ }; ]& K( P; b' l" h* P. g
8 Q& ^* O) v# _4 n% B3 C6 d/ B
# 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- J: z/ k& P* e6 u+ L
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
* `- ~! x& z! b! Hdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):; _" ~! Y5 u' V. A
    sub_data = []% `) D) C! {( G$ n) B
    sub_target = []
% c6 n+ k/ K' _# \* e    f_index = -1
9 Z% P9 {1 }, D    for i in range(len(dataset.feature_names)):* K% G" M6 J, }, X" _! o3 @
        if dataset.feature_names == feature_name:: S! d/ H) Z& y. X: H0 D% ~$ G- j) p: c
            f_index = i
0 N1 A9 q; p( Y5 @5 g8 g1 e, U            break, l0 r6 i! Y; ]' L! u1 L2 j
, G9 F7 o! w2 z8 @
    for i in range(len(dataset.data)):: T0 M9 b6 R/ O
        if dataset.data[f_index] == feature_value:# |3 E) H1 P4 G) j2 W" s5 l
            l = list(dataset.data[:f_index])
8 \% H& o& s$ ^! w7 R- q- L# t            l.extend(dataset.data[f_index+1:])8 K- ]& k6 u. P; f4 D
            sub_data.append(l). `) M( l5 t% V6 Z: E: d  G
            sub_target.append(dataset.target)
- `6 I& Z3 j' t& Q( H% Y3 m4 W8 s- G
    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
* C9 {1 a' O- r. }2 R) f/ Y    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])5 y4 K4 x# C- L8 P3 V. d8 U
    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
( [( N8 ^  x: h' }: v% q" n3 D: C
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分5 Y% `; y! S; S6 s+ Z  K
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
3 J3 X: D( v, Q6 E' V4 }# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$) @4 `  O$ s) D" Q. p/ ?+ M
def best_spilt(dataset):
7 b8 ]* X1 F- p6 @
# h" e; J, w; s$ B, y* b    base_h = get_h(dataset.target)
0 x" W  _( m" _5 h! P6 y9 G    best_gain = 0.0( @% e8 q" v( k+ S8 n
    best_feature = None
0 t& U5 \% P+ N5 }2 U" u    for i in range(len(dataset.feature_names)):
5 H0 J( g2 E  H6 z* |7 ~9 [        feature_range = []
: ^1 ]; A" E0 p# \        for j in range(len(dataset.data)):1 ]+ S  A+ H7 K- U. y! o4 h" f
            if dataset.data[j] not in feature_range:  f/ g, I  [8 d
                feature_range.append(dataset.data[j])
' K! _1 {/ H% L2 z( Q5 B( }0 ]  I# q
& X3 J' P  t) |. x% N/ c        spilt_h = 0.07 ?  R% q; X8 l* }6 M6 Z
        for feature_value in feature_range:
! b% f9 o% v$ k5 d            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
/ G* P3 @5 f3 m            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)' ]  a# {" _; A: |

9 I; W3 u8 ]& t- F# Z        if best_gain <= base_h - spilt_h:
' J$ N5 u) k. E; s3 ?            best_gain = base_h - spilt_h2 i5 w( X1 X7 [0 s5 i7 s
            best_feature = dataset.feature_names
0 j+ s6 d3 s: A( L
8 Y  t# j) |3 y" D, A* U8 M    return best_feature3 r' U3 G3 d9 Z5 b. ?0 @- y

" @/ [+ C; K& B# l# 返回数据集中一个数据最可能的标签
7 L9 m8 f$ E6 G! ^, ddef vote_most(dataset):0 n& h$ h  G0 D
    target_range = {}+ Y' E* m0 g/ d# b
    best_target = None; B2 V; F$ W( k+ r1 u! f
    best_vote = 0% R. l4 i0 b6 {$ v3 K
: U  ]; q# t6 L2 U2 a4 R
    for t in dataset.target:
4 m% U6 u$ v/ n5 s0 }* O% _: s" i        if t not in target_range.keys():) @& B+ [# \+ \4 V
            target_range[t] = 1& m" L' p& O9 W! g6 ?2 z- z
        else:' J) F: V, {2 t2 `/ ^
            target_range[t] += 1
2 X: `: E; ~7 n7 i' I3 t& A0 C' G: J
    for t in target_range.keys():: f- A5 @  S- H$ f
        if target_range[t] > best_vote:" H7 Y' ~! K% ]+ }, i% T
            best_vote = target_range[t]
0 y8 I5 C2 W; B0 C* K& y            best_target = t
9 B: ]; @  k% C8 C" Y  L6 z4 n5 z1 b. Z7 T! ?
    return best_target
1 @1 ^" ?- g: b3 Q) @, s
' v# f6 }3 ~" f" e( u% n. g# 返回测试的正确率
* J- p0 d( t1 f/ ^+ a# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
1 K/ P: }1 O1 W( z. Z1 {4 ]% o+ Wdef accuracy_rate(predict_result, target_result):
' F, B* j: r$ m& V  U1 `    # print("Predict Result: ", predict_result)" F  t7 |# t. a  c0 O# d
    # print("Target Result:  ", target_result)
9 J, ]# ?$ {9 w$ m, e) s' |    accuracy_score = 0! v0 E! m9 A4 v8 @, d
    for i in range(len(predict_result)):
2 X$ x! x" J7 ?* g        if predict_result == target_result:
  C0 y8 x2 O9 k& N0 E- c9 P            accuracy_score += 1
6 g. `! x3 A% n' j% A    return accuracy_score / len(predict_result)
8 n+ V4 j& K2 g: N0 a
; X# O4 K* R( p# 决策树的节点结构
1 y  K1 `  ^7 g" Z9 D# ~. E' J/ wclass dt_node:" L+ \, t6 b( w  E4 N2 J4 q" w
! p: Y  w$ N. O
    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
7 M' ~7 O" l/ i4 v2 D        global nonce0 E& c" P! g" L( K
        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图4 p: _5 }: y5 Y' O, i
        nonce += 1
$ _) M* j3 D5 f, H& a2 v        self.feature_name = None) t4 \# M& Z+ e2 z
        self.target_value = None2 \4 m8 ?$ O% \$ t# I/ ]
        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签- k$ J, h) W7 U
        if not is_leaf:
9 e% n0 n9 T- c1 D            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名! ]& M4 y3 }! Q
        else:
% I$ ^& S: j1 i: L            self.target_value = content # 叶子节点的标签
6 M# l! C* Z9 N) B  H' S
5 S6 S/ P' i7 d3 z2 x        self.parent = parent4 W, g, }0 Y% Z
        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值1 K3 G6 C5 o+ Z) D' k. Q: E

" L5 X! n2 ?4 S  [+ ^7 l) v# 决策树模型
4 X+ x/ e4 R! D2 N8 ~2 d; rclass dt_tree:
0 n6 I2 k4 z& E. w! X7 s: v+ w7 C7 B, x* y; U3 [, K- h. r1 G
    def __init__(self):
& ]: n2 J8 o9 h% _  u: v        self.tree = None # 决策树的根节点2 v3 z. {3 p1 ]9 ]/ C* z
        self.map_str = """
" S' h; n, D: X% T0 p            digraph demo{
/ P7 O8 Y5 Z6 H, }, \            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];3 ?' x  k& z9 ~* R! p" d) {
            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
/ m- N! D. B( ?) Q- s            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
& t' }9 V9 k: B0 A        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
' s% a4 h7 p, K* @6 b/ v
9 `. Q2 P8 K0 N, k    # 训练模型, train_set: 训练集9 z4 j' b5 D( O+ G- @' D5 W
    def fit(self, train_set):7 V$ Q! X& `4 q6 H6 @! a

* ^% v# ~) c; k- L: E        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
* p6 P; L% s0 a2 N2 t            return None
* H7 e8 `' w4 ^6 K* u* K
  R* h7 Y% h9 Y0 W8 o+ n# N! }' m        target_all_same = True
( i6 O5 J* Q  h5 _        for i in train_set.target:
) @# ~: k9 X, Q* b8 F8 k            if i != train_set.target[0]:
* [5 T( `2 Q' A  a0 W0 ~% `                target_all_same = False; M" u$ e! }! P9 h, [3 ]2 R& V) h0 a
                break( u8 T  _: }' M7 `* K, i% A
- t6 r9 A/ J% M6 v7 y# F
        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* }0 j, S" Y- A
            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
4 y' p: V0 d3 T0 U6 c$ R( j% i            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点, p2 T7 J/ p6 w8 k
                self.tree = node4 _! w& |0 L  O& U

: b. C8 U2 ]. Y4 ?            # 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4 _/ c. D" Q; j  {! z% |) M: o
            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
9 O+ I& M8 V- _) J/ ], K7 N            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
6 E5 [- E8 H* r9 @; `: D5 ^+ g# Z, b+ X4 X0 M: I
            return node2 q; O( V7 L' ?% L/ k( ^" J
        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
' G( t6 z/ V3 B5 Y) P; D+ A            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
: m6 }: J$ Y0 U5 ?$ d; j            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点8 t/ j" m0 ]; l) e8 R2 L4 I2 z
                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]; u$ E9 A: h% c; ^4 \
                self.tree = node. K6 }. q$ b: K& G0 ]; r8 M+ C0 u
( z7 a+ {4 |5 f4 h
            # 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
" `( u' n- j" b. o* K            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
6 Z5 a, R: G+ x. t+ X            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n". M" b5 H4 M+ V5 @" P7 a, s9 u

1 @9 z' G8 g$ V" @( z' t            return node
# \# A( U* a+ E# s! f" n: k; t        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点9 d6 P  L8 ^6 X/ O0 a
            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值( L% i8 _/ o8 b8 ^% l
            best_feature_index = -1. B  w  E; @+ p( {
            for i in range(len(train_set.feature_names)):
8 f# E- u5 L2 T: r( F                if train_set.feature_names == best_feature:
* s5 @+ s7 c2 x1 [                    best_feature_index = i6 N  h! k+ j& n% C  I, ~* a
                    break
) ]' r' N/ s5 k% e% r
3 E" s/ a* B) b            node = dt_node(best_feature)
; `$ x4 u7 i6 a- T  x# ^6 c            node.vote_most = vote_most(train_set)
9 S' v1 X  s, B; B7 D$ [            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
! m5 K0 A/ f1 T7 S                self.tree = node
; @; ^  a5 K0 F" t: r                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色+ n' ?1 u. f- M. q7 r: ?% v
                for i in range(len(train_set.target)):
) v6 @2 w8 r1 J& T3 w                    if train_set.target not in self.color_dir:
- p2 G$ b' }  ]. P3 }5 k                        global color_i$ j* ?+ J" c  S) E5 d3 k/ h+ L
                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
6 l7 ]& j2 W& P) W                        color_i += 1
9 C) C! {! w- l7 L2 e, U% l" [                        color_i %= len(color_set): q* _: q8 [' n3 T( R
6 C, ^  m8 f' o' I
            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
$ g( t& S6 m7 Z( V. N4 h            for t in train_set.data:9 ^# P; `. M) p0 G. Z
                if t[best_feature_index] not in feature_range:
! k! I1 E4 y1 h4 z2 {" N0 \                    feature_range.append(t[best_feature_index])
! t$ S& ~* l7 M% Y9 N
5 i: u9 J; l1 r0 K, z$ U            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点' x" C$ X3 a9 a( [: X  n
            node_content = "属性:" + node.feature_name; J, j+ Y1 v* H
            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"& R* k- b9 \6 K  D" w6 m
  S$ P1 v. W/ k9 q3 g
            for feature_value in feature_range:5 @% z" G& L" A- \. h. x* G8 l
                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集- H( g) e% z) ]* }5 O/ y
                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点! v: h' z# s$ V* \' W0 ]; b
                if node.child[feature_value] == None:
, Q$ `. L* X; I: w- s: E% \& i1 T                    # 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
: d; x2 t$ z0 \2 x$ b: |/ E$ \                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
' Q8 l: B/ n  T                node.child[feature_value].parent = node! c3 [! h2 Q, D2 N
; D5 C& F! q. O" p8 j. ~. r
                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
% Y  n/ L/ t8 M. J! D                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
) R2 u1 l, {& Z2 b8 z0 F
6 r" A9 B# h% F9 A1 a% g            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
, e. i3 U/ F: `1 i& G5 A, _0 E            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range). x# Q7 S7 x  Q) |: x
            # for feature_value in feature_range:# ]3 s8 f3 b/ X$ I% b; Z; k$ h
            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
+ Y# S' w% N+ W  T" o            return node
4 J  O+ Y8 Q1 W# m3 F) w% y3 ?8 E/ o
    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测2 f. x- B8 }) {8 S* E
    def predict(self, test_set):# `& o) ^8 N+ \$ ?/ J
        test_result = []
) X4 e. Y0 h+ r4 q. m) h; o3 M        for test in test_set.data:: k. l& j, e" x$ ^1 I
            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点* |' K- M, z/ E4 L" j2 K: L
            while node.target_value == None:! |6 F* u( [* I, [7 \
                feature_name_index = -1
8 u5 u4 }0 N# Q  ?0 v                for i in range(len(test_set.feature_names)):
7 n3 V9 g3 P: V                    if test_set.feature_names == node.feature_name:: ^7 O/ Z' f1 {" Y6 X7 r# F8 o+ d4 C
                        feature_name_index = i
% O. ]# F: ?0 F. T! t. i                        break2 x! o+ D3 Q2 [0 q9 {/ `
                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():5 }, q2 a: Q1 U. Y% C9 T
                    break
* f/ Z. s* `) m& M                else:
8 n! {) N& v2 q& l: r                    node = node.child[test[feature_name_index]]
- R* J) h: U% j3 Q1 D
: W$ c1 @2 ^: |2 W% Q            if node.target_value == None:- u+ O: L  G* w$ h& Z" z+ ^
                test_result.append(node.vote_most)
: L, M" n8 Q! r0 |9 y' U            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
: `# Y5 @* U8 K! A* r; k# m                test_result.append(node.target_value)" f$ }% {0 ?5 I, J4 U7 Z
9 }% o# [1 @3 ]9 f0 d
        return test_result2 m8 u# j9 b- Y0 V: E( f, s0 b: Q

2 x# X3 K9 A. t0 k! E! V8 \9 G0 ?    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
5 @  s) v' B5 b& U# p    def show_tree(self, path="demo.png"):
( q; k7 P3 C; i: q        map = self.map_str + "}"
- W. W5 H, I, ]2 m; r9 J9 x& I        print(map). A/ X/ R! j& j% N. E! v( m' g
        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)9 C% {( Z9 Z; k
        graph.write_png(path)
$ H  {- ~1 c7 h. i5 q9 z
( M# c1 x; c6 p9 l) n8 L9 b# 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 X& c5 [3 `1 L; ]  J3 Y% r
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):0 @9 n5 M- p9 \( w6 o: h# p
    c = dataset
& U; g! F/ Y: P- G/ t8 Y: ~1 P! P    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
% N5 y+ Q9 C2 ]' I! c! B( b/ [    rates = []# ~0 b3 _1 t2 J
    for train_num in r:1 c& [6 @# G$ [$ e2 u7 j' V
        print(train_num)3 Y/ s3 R0 s9 C/ C) f
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
: J* g( Q# J; _+ ?, ]% @, y5 N+ A0 @3 I        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:]). E8 V2 C2 g" w; }
        dt = dt_tree()
. O! w7 p; h8 r        dt.fit(train_set)' Y3 _' K- h+ O, _
        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
4 Z3 ?' F) q' _1 W" O. Z
$ J6 D$ R/ o. I$ t/ @  N    print(rates)
0 l" ~. I& ?. e    plt.plot(r, rates)! l; n6 d5 I: Z
    plt.ylabel(label)
% v) o/ Y2 m1 }4 k    plt.show()$ k9 P0 E( H. T2 Z1 e. |: U

. x1 g* y* I7 F, _+ [. R( Sif __name__ == '__main__':
& q( [' B1 w, Z7 Q
( s5 B, c. ^& T) a, X8 U    c = load_car()  # 载入汽车数据集
1 S, {3 Z3 ~# L* S6 K2 A% o: k    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
" n3 C4 B# ?' g3 C( u    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)& \$ D( J+ v- @0 K4 m# e2 t" M
    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
1 b7 T5 `% P/ R    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])+ h4 l! k3 S* F. B* b1 E
! {( y% r0 t2 j
    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型1 t: D2 `2 n) V* E4 W
    dt.fit(train_set)  # 训练# a% V. d/ q3 ?8 }. V& _
    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
* e4 X+ d) S, }) J    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧( r# W5 Z) Q; o0 h" b3 V

- f0 Z6 w& k$ v2 ~2 u    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car"). X; F" v4 h& |! ?1 S
    # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)+ L+ P& y, N, ~9 B) X; c

5 w1 ^; J* x/ {8 f
& w$ L4 ~  R7 ^! B! W% @9 t1 w8 w" i9 ]# k) P, R5 ^' w" l7 i
1
# @! E1 Z' {. e! \* H$ B7 P2! q6 ?& l( I5 x5 u5 g. Y2 r* {) U
3
6 ?- _$ t1 b3 s6 D, `4/ [* @8 o, f: K" r# l( n' U
5/ K6 y9 v# v# R4 R$ p4 t+ t& i
6; |  Q' @0 H( O( Q/ c% ]3 S
7, X9 @& K) X- l5 i. l  a* L
8
- O8 K; {5 g2 w$ M6 Z9
9 Y! V7 Q. N0 E" i+ c10% c' j& n5 V) x! z. t. a
11
' U0 V* b+ i% u8 m: H+ i12( P) U* `6 p/ T
136 J. N7 Q" }. I4 ?9 q& k3 \3 k5 U2 O: j
143 Y/ L" Z6 a6 A1 E
15- C+ T0 q/ |. z3 Q' ?
166 z- ^* J( W) Q" Z' m
175 F$ B. n: [. r: t# K* s8 H5 l% h
18
% Y8 g  d4 N# I7 F19$ a; F+ N7 M  O6 m9 x" p/ Q  }
20
, z/ w  S; h- L9 L5 ^" _4 h- x21
: H# X, }0 v; n, o8 v- ^22& {& w. t' x. _$ b8 t, c- F) [
23
0 L8 h4 p' v+ g) |" C7 l3 I24+ |  t, p' ^$ ]5 R/ i- ^
25
. O9 Z: ^" U" _! w3 e26
5 b7 U" `% s! Z4 ?! L1 j5 b" w8 P9 ~273 p; r& M' ?, [: d0 r9 x
28/ A1 s* i( V5 ]3 F0 W; |
29! D- Z" U" |3 S# C% J. h
30) E$ Y5 u* a: u2 h  p+ c: W2 C
31
0 |6 @: A; L. e# D6 T32
  d" T( ~) P; V( q/ [33
+ {1 |( L0 L! _* f+ k7 Q340 ^6 P9 b+ T4 F( `$ u. X+ A
357 R9 w7 ~1 W, u# U* b0 T
36
, c$ A" o; F1 o8 Y37
2 Q9 l3 Q/ }7 [& H) u38
  s/ W: s/ S  h! u3 E% M. _3 v398 H( G- h: N3 L! Y4 w4 m
40% z2 V+ _; e' H" F5 _0 @
41
2 I+ z) B. S+ D3 t' |; O7 ~420 F  P. T. Y1 E% {# j' R) [7 o
43! R8 D* T" l' Y0 O4 _0 N: V
44" b/ j, z+ H. {
45
9 d' G  N5 G5 g6 g1 M# Y! I5 o3 Z46
# p, ?( g0 y: O1 N47/ v- ~- @# ^# u. Z' B
48  m/ ~2 a% G; L% w0 k) Q3 U* x! P
49% k4 c. I. F' [
503 ]6 [) B( w  X/ \' X" ]
519 }, Y  m0 Q9 U# G( v/ G+ L( b
52
5 @6 n3 Q2 J9 r  N+ [- S. F' \53
0 O' J7 u, B, O# Y# O+ i+ S& {548 V7 B$ c% j) T7 y$ }, X9 v3 t! l) q
55& W) N; S3 s; D& F/ t
565 k+ ~) D+ B1 F$ L6 i" d
57$ F8 [6 t4 w8 l+ k7 k% |
58
) ^7 ?# L% R% W+ I" h1 k; j593 _- A$ K& o2 i2 i- ]8 d
60# R/ i9 K; J" M3 q# r- j+ E
614 C3 M2 I& B( [3 ^
62
: d0 Z* j4 I9 W  ]" U0 F631 {2 h/ v+ h( U5 t. x8 E  J
64
0 P1 R& m+ Q- D' T8 n; b65
0 h! m: I( ~+ K( i66% `3 {$ ?& G5 K; h  ~8 y
67" x' |9 L8 I3 k
68$ A% \5 w2 m8 {  |9 U
691 S/ L. X' ]0 ~( o; M1 H! j5 q
70
- N' z& h8 k" A+ _8 E3 c' Y71# r# x7 T' L: s: O
72
6 ^: ?% Z/ }9 U73
2 F8 C7 y7 G5 Z4 P' Q& K74
8 F- o0 f1 }# {8 n$ U75
% ^, |& a' E; D4 T1 n) q76
' `% I; P/ P9 I77, Y! Z! A3 Q( G1 g: w" }
78  `& v0 n  M. {2 E: H
794 C/ O  J; P4 O! r* e2 j7 l
80
2 X* Z2 t9 s, ]3 N4 \. S# c: I815 k% ]! y+ [' l. u. a+ d
821 @! L' K9 ?2 i  m
834 |! {+ I- j0 u4 y4 K
84- p9 r7 ~6 D$ q0 W1 I8 A
859 e- O* b) |9 H: C
86
* v: x  X. }' A9 B6 C8 z87  b! L) [  m; |4 Y; ?8 Z" V
88
7 \$ Q- \7 |4 {, U  Q890 Q  }8 e% d/ W/ K3 A" S3 z: D
90+ d: m5 y- _* v2 |) S$ i6 Y
91$ h) A5 H0 v$ ?; [4 k
92
* P$ R. j4 X9 @; n/ G93
! X& W8 J/ k. w6 T) a! h/ r0 C# `, G* \94
% O& }( }: n3 m! V; S0 E% \  I95; L- X# M$ {6 g1 u% i) J
96. ^  r7 F8 x) |7 I/ X! u& V
97
" N4 P: V+ S/ Q; d98, C6 y$ a! q, ~& C. E8 Q* M2 h
990 ~/ Q4 N* s$ I6 y2 [' F1 P1 m
100
0 T  y6 u/ Z# T9 e4 U1010 x/ x" p7 O' ?
1027 c3 ?* r( l# o
1030 B* x1 d  r$ @" ]/ q& d! g- r
104
$ h' r: x" q* Y7 b; a: G105
  w% S0 e1 M8 ~" `* L5 T3 S. T106
/ h/ }1 X: b. a5 |; `; K2 t9 G107
& x0 f8 R+ Q8 l2 d) o3 F& }) ^108( n7 x1 j2 @& ]8 T! a# c) m
1094 h: W2 _& U. s4 `; Z3 O
110
- I3 A! I( l2 W2 ^6 ^1110 J( p! K; j  f/ u
112
$ }* s5 H: v$ p* s+ D* |113
7 G7 c& j/ r) Y! G114/ s* F2 e( q; ^: V8 m
115
  k, O& {/ W- ~% v; ?1 ~- e116
+ x+ Z& z6 Q0 v0 Q7 C( A! U117: U) _0 ?$ O+ q; B' `/ _
118; {" n  c: v1 u/ P$ e2 P
119! `9 Z% \8 ?  {# ~
120, Y* u1 R' a% ~- H. c% G
121, Z6 R6 f) k# e1 g) u3 u; _* d! B/ I
1222 e: g; m3 I# q9 h4 u5 R+ I  {( _
123  X& R  y: ?" d2 r- i/ \3 P
124" I6 w$ ?2 S4 z8 T1 z5 Y. e5 m
125
* h" l% }: J9 M& }  A2 \126* w& w2 B9 k) }$ p& ?
127
6 N0 E+ K, \" y9 m- E% t8 ^1280 u3 j3 ^& m# i5 [# n  e. b
129
; z/ d9 O: o2 d( A, {! P130
$ D, a4 Q/ u9 \  [. M4 F  `131
8 B$ h5 g/ h8 w5 t132/ x6 o* s, k. t" @8 v
133
5 R+ m8 e( f9 F/ }( [( M9 p134
7 }. z, B2 V$ T; G4 d" V7 b135
: _1 e) U' ^: t136
8 i: K" a* I2 T137) O: u" L% }: k( V/ f
138
* E4 `& f" |7 t139
. a2 G+ h+ `" J0 R, U140( S3 n$ J; i' b9 k& A
141
" O8 h% w3 s6 s6 o142
) Y( {& _% ~  B! J143
6 l: P3 Q% g$ f7 f) E; w- |8 J144
/ M) I$ }1 Z3 X1 ?" m  ^145' @$ ]* S( B2 o, S2 ^
146( A" @& ?5 ~% O8 \2 z
147% M) L: L! w& [9 H9 r3 n$ K
148# `9 R* @! v; `- q& P
149
/ _- I/ W7 t7 `2 p9 i& ]150- r( L$ c  ^1 O( H% \
151  k4 Y: l6 U9 y  J% w/ ^( j
152
3 |4 \8 [& t6 Z5 ]! b6 t  V+ A" p153
1 \2 t7 \) r" z/ a8 {3 R4 O6 {+ ^154
6 F& ]0 d8 C1 r155
4 U( R$ L" m* o! l- G% i156
8 z: g% |  N  Q* s" r  ~" e157& ?8 H( ^2 C5 }+ d8 W, H6 ]  Q
158. m. X- ^) R" e* W, j' N3 B
159
" k- D* e: m2 _; R160& S8 T& N1 J' M7 b3 p1 ^
161. Y0 i! Q9 w. P8 q
162: S7 N* E9 x0 I1 [) ?; X# m
1638 O; K' E$ }3 u6 x7 M$ d
164
: S/ K! {$ c9 X3 X! S9 p% |165
5 v* p' _/ `2 p4 m" G+ g8 r166
: v1 j# \' d, N; K# L* @167
5 J, Q9 w  F) W! m- W! Q+ I/ P1680 G5 }5 a% o1 X. y
169
6 Y* c0 A( ~! d( F6 g+ j/ |8 o170. K0 R- Z) j8 b
171
( {( u4 s8 q' D9 U172
; \4 @. l+ u2 P8 ^7 S173: f6 C+ G6 s% L, i/ N) q
174& y$ u- \& i# U) \, \, p
1750 t& I" a) z# U, l( z
1762 q1 t1 R$ `* |" Y) ?  G  ?8 Y3 w
177% ~- k* g/ t% u# q; ^( r1 R% b) D4 @
178; `3 l  B; q: r5 w  z
179
5 e$ E) f8 |! c- J' r180
& S! W1 e/ H$ `3 b* A) l1816 e% d+ ?, j3 P- R  q! Q
182" E- ?* E2 C! h3 ?% ?- D3 z" D1 W4 o2 q) J
183* r6 n6 @5 `/ c8 {; L) }
184* E. V: O2 L: }8 c
185* ^5 S- n! ]0 C: t, v# {, A6 ]3 i
186/ i6 E8 a. b& G! c2 t- t
187
6 w% x, o# T2 B/ P( o188
6 ?$ f: [! R0 s2 \# ]1891 n/ \3 l9 M7 h6 `  B  d( K* D' R
190
$ z) Q; k8 h3 {8 ]. {- Z191
+ p# _! k- _+ K192% _" G4 G& B, h" X; ]8 M
193
7 R$ H/ {, y0 z# J, t+ o- p194
! O; P# q0 j& ^7 O; p. R) g195* U: e2 F+ W% ]- O+ q6 p6 K3 \
196
! C1 s; |  d, H0 V) Y6 y197- \+ B- o# q! ~' J
198
: f4 G/ ?) Q" @199
- n0 I$ L% u6 r/ Y200) L" _, N) f0 T1 s- X  K
2011 s3 E, @: }2 J: X8 [0 ~& @% }& e
2026 G+ e" X6 C. S: i, O8 u
203) r$ ^, s7 j& Q
2044 T& u/ X" [- F
205" T6 x% V& Y, D, w* }
2062 @- N0 m7 B* V( j
2071 b% d! O* U+ y4 V" D6 ~3 E# s7 V
208$ M# r" S) q. e/ B
209+ u6 G& `1 V: U1 |6 g; Q
210  N7 ^2 Z- b% [4 v- Q, M& k$ u
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