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[其他资源] 基于Python实现的决策树模型

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杨利霞        

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    2021-8-11 17:59
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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

    网络挑战赛参赛者

    自我介绍
    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

    群组2018美赛大象算法课程

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    群组2019年数据分析师课程

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
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    基于Python实现的决策树模型
    " j4 ~( l3 U( Y3 g& d2 ?% _/ P- B- W( E& l' M2 o
    决策树模型
    $ e3 j* J9 z* R( ~3 i0 |+ _目录
    ) [" F4 d8 w- b# j0 D人工智能第五次实验报告 1
    7 a& V, O. O3 u决策树模型 1
    ' Y' }1 w! w; K( H一 、问题背景 1
    2 [6 A9 T4 x& b9 y4 k1.1 监督学习简介 1
      j6 b+ C( [/ `. h' _  [1.2 决策树简介 1
    1 M: a6 G+ c/ H5 o$ O9 e. \% q二 、程序说明 3
    , J: ]5 S4 v4 Y9 `! z4 S; j2.1 数据载入 39 @1 ~: K9 w. S/ I2 c4 q
    2.2 功能函数 3  P; \6 b1 w+ v' f% \
    2.3 决策树模型 47 P# {, }9 w  k& X
    三 、程序测试 5" u9 u& r: \( ^/ ^/ M
    3.1 数据集说明 5
    ! i5 G. Y& u9 ?+ k9 Q9 j3.2 决策树生成和测试 6
    7 P- f) C" i( m9 W3.3 学习曲线评估算法精度 7
    4 s/ h8 n- D# A# F$ C$ [% z四 、实验总结 8
    " E  ]( n+ |# d- W! p1 E附 录 - 程序代码 8
    " ~/ ?0 _! ?8 R" ^一 、问题背景% O' W# ?. y$ s; i7 E! D- s
    1.1监督学习简介/ t2 S6 i: m. P! u
    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。
    ' k6 g7 L- Y$ C# X4 ^' r  [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。1 y+ D! X9 f( C( ~! }
    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。
      a7 Y9 Z& W# n& u: |1.2决策树简介. a& Z1 _" H5 i& m
    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。. C$ H5 `; p6 U* v3 F2 i. T7 ^$ G
    决策树的组成
    3 z5 S! D- r# E6 x0 H+ }; Y- M" l- |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。
    $ A: W# r0 X# z5 t0 l4 K8 `1 m. x
    import numpy as np
    2 M5 f* D8 V9 F* V9 w0 ?from matplotlib import pyplot as plt
    % z* v1 a$ ^3 w( J/ y+ c( I) I1 g2 bfrom math import log
    - e/ g) U* Y  L( A# z2 k8 dimport pandas as pd
    - z) d* t! o" a3 N* O9 x: mimport pydotplus as pdp1 |. z' N! h6 k/ S% m7 \5 B' D% `
    7 Y* ^( h9 U+ q3 x7 ?3 W, m4 g! n
    """
      ~1 u2 [$ N$ S: O+ N% P2 b' C9 F19335286 郑有为3 |0 v( V/ l5 X  k* g
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    : x3 o5 E# C' o6 ^5 M2 R; K"""0 v( O* y6 W* R' X- J

    2 `6 j% W7 T# r. S$ {+ m- |+ Vnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    , ?5 K( h  j+ T: y. Kcolor_i = 0- ^9 ~' s2 x: w# p
    # 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
      M) J# f  Q% P) t% o  w9 c7 w  Dcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    ) m( @$ H+ b1 W' @* Q
    4 ?8 e+ Y  O% j; K" d# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    " x2 B0 S3 h/ `. L2 _1 Eclass load_car:. m6 d, B! [$ B! S
        # 在表格中,最后一列是分类结果6 D/ y3 U2 r% l, ?5 ?+ x
        # feature_names: 属性名列表
    / z. S: t8 a8 m/ d. {! O    # target_names: 标签(分类)名
    ( q9 `% @) q( q: g' K: h- Y0 L( ^) F    # 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( E  r4 @* Q+ D
        # target: 目标分类值列表7 p* q+ `2 }4 p$ O4 K/ z5 |
        def __init__(self):2 }8 }. A# M6 h2 {9 T
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    * \; R1 `1 A, y        labels = df.columns.values; Y0 k0 `4 K: S3 s
            data_array = np.array(df[1:])& F' M- m# F! \' k, f& H9 \
            self.feature_names = labels[0:-1]+ K6 \, \, \# o& M7 m  x
            self.target_names = labels[-1]
    & w6 I2 p- F' _7 v, b# [+ B        self.data = data_array[0:,0:-1]
    ' ^; m" F& T' K' i4 `! ^        self.target = data_array[0:,-1]
    - o. ]+ [* r5 L( v) G7 i/ v* Y' H3 k0 {
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    ' n5 A/ g' r3 S; G4 J) u  Q# I6 Kclass load_mushroom:
    0 e- V4 E) l- s1 f8 Z- `    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.) W4 M$ U- g9 Z2 M0 c/ k  w' G
        # feature_names: 属性名列表
    2 a- X3 K* d2 S* c! C& _4 b    # target_names: 标签(分类)名
    ) v" B, n3 q7 k' l" 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$ a( }/ r: J( o
        # target: 目标分类值列表
    3 W5 ~7 r* J6 [1 {    def __init__(self):
    0 J% v: v5 B% g7 M        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')5 V$ i6 M& I" P. a1 T/ I. b
            data_array = np.array(df)  r+ e( w( `6 h/ b: p, {
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
    + z0 G  d/ g7 g, w                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    & g2 ]6 E) U- ~- ]                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",! f: `3 R# U9 |2 d/ k
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    7 i; @7 U, e- t  |        self.feature_names = labels[1:]
    6 S. k4 }1 U* K! `        self.target_names = labels[0], b/ o0 r5 D! l5 W, f5 z
            self.data = data_array[0:,1:]
    + x& r2 j  `( v3 h        self.target = data_array[0:,0]
    + G" Z. p3 x$ ^2 p, m0 X
    / X7 `% t5 V  x; L# l% @( L# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用9 e+ g6 F6 O- X; |# z+ P& z+ L& P, [! ^
    class new_dataset:
    8 Y5 }7 \6 \: _7 H( I    # feature_names: 属性名列表
    ' o# q. D, w3 h    # target_names: 标签(分类)名4 K) J( q: o  v" H$ 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9 W7 h% P! H6 x' H! k7 _; C* M
        # target: 目标分类值列表4 t8 A7 G) f# Z' n% l! f/ E
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    4 M3 a5 X# b; P  S        self.feature_names = f_n0 m$ E! Q+ V9 J2 q" \; g; E# o
            self.target_names = t_n0 s2 [! `' O$ p
            self.data = d. q) l$ W" Z2 c( h! F- O
            self.target = t7 E# g5 o7 }0 P5 }# [
    . X" Z+ l- h& x# x6 e* c
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    + X8 S( |7 V- O  L: ?. Z0 X#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    9 k# J( E; z& Y) h1 o# target: 分类结果的列表, return: 信息熵1 l+ S! |9 z- H( \- ~2 m
    def get_h(target):
    + t) q0 e6 |# ^& \    target_count = {}# s# `: p  z' i- L
        for i in range(len(target)):
    ' l$ W$ b2 D) O3 f        label = target
    9 J0 n% e  I( ]9 R: e        if label not in target_count.keys():9 R! T* F# L) D
                target_count[label] = 1.0+ h$ @) v" i( ^; _8 _
            else:1 D3 Y. |* z  `3 p' M1 }
                target_count[label] += 1.01 X7 s/ Q# N; j+ J1 d+ V4 K
        h = 0.0; f* `- i" u" {0 |: N# M& O7 I
        for k in target_count:
    " _- r1 Q; ?7 s5 j) z        p = target_count[k] / len(target)! w* B8 ~1 |# F9 ?# Z
            h -= p * log(p, 2)4 x" D7 g5 U" s; C2 ?6 `) l
        return h5 Q% e$ Q* }% _- B5 Z! [) ]$ Q

    % P9 u, _) D- \1 t' @9 k4 p* @) p# 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_value2 @) f$ g8 T! D) f$ d3 [
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    0 @0 J0 ~! F9 k- s7 \) y7 Z$ cdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    / b2 D* ~) ]! T3 D1 p    sub_data = []
    . \6 T# \+ @6 d! S& W    sub_target = []
    5 S& S4 M* a: E& {5 c    f_index = -1
    % g! x  k9 m2 a3 w+ S: s( F0 Q    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    & c" S( V0 u1 F) D& q, w        if dataset.feature_names == feature_name:
    0 T' O4 p* R' ~6 V2 I: q            f_index = i
    + p, s+ g* O' \9 b            break
    5 Y' A. R$ G1 h' S# z! w# k: P* _1 b$ h/ [) `$ y
        for i in range(len(dataset.data)):
    ) ?# c. u. q" X. d! f  P        if dataset.data[f_index] == feature_value:* z2 T0 h! M. m1 R) t4 @3 Z5 u
                l = list(dataset.data[:f_index])
    4 q: T8 v" K' P, X/ u- a6 a            l.extend(dataset.data[f_index+1:])! A" G1 o% M) [3 b1 m: O: T7 O$ g
                sub_data.append(l)/ p# o9 s5 a. `( f. K* C  @2 w
                sub_target.append(dataset.target)
    " ~. c! H0 v% }1 z8 ^9 X  }- K  \3 E$ Y" i( \2 H1 Z
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])' t3 E0 l% x, ]4 f6 \  Q+ q" [
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])4 X, L, p. m5 C- T$ k
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target): o! Y, r2 B( F# S7 B1 G# H- h
    % b) ?, `# i4 ~; M2 ]- o! W
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分. M% J1 Z& ~  Z4 l/ f! a
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减; |( z8 q9 ^$ ~+ I3 P( E/ h
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    " w+ r: C( X) u7 `* s& `def best_spilt(dataset):5 ]0 F# l5 j5 X8 ]- }: u7 E

    % s, i  X9 K' t# v7 _) U% Y    base_h = get_h(dataset.target)
    ; R5 |5 |- ^  M0 U$ T    best_gain = 0.0
    ) H- s8 [/ p& s, p3 R' R    best_feature = None
    " }' G. Y' e7 \2 f4 D  {5 r3 q' E    for i in range(len(dataset.feature_names)):+ [& y. X% `6 ^! n
            feature_range = []
    ' W9 j% I( B6 l. p/ ~/ Q5 Q        for j in range(len(dataset.data)):2 ?8 @" y6 R2 ?# j6 ^
                if dataset.data[j] not in feature_range:- ?8 S/ T0 A& X* b9 j
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    6 y: D; Q& N" N: Z8 r% a" O4 D8 C8 a/ \
            spilt_h = 0.0
    * P/ ]0 w/ j; Z( L        for feature_value in feature_range:
    ( U) o7 e- x# r6 C            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    * P6 {% u& D) h! s2 c' E; s            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    " \( d. X4 z6 k6 ]& x& b6 ?+ p) k" P  I" P" p9 |
            if best_gain <= base_h - spilt_h:
    % f6 j& E$ z7 g# }            best_gain = base_h - spilt_h; y& P% X4 X( C; o+ o3 i& T  j
                best_feature = dataset.feature_names
    ) p, I8 P+ U6 V4 V$ S( K+ F" G! F, [* v
        return best_feature4 x4 O2 ?) V# D9 S- z7 f% L
    : t; Q. U0 x' H) O9 I. k  Q8 ^
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签
    / e0 c; g. k. W& f/ qdef vote_most(dataset):
    4 z7 j. x6 z$ x6 f+ Y    target_range = {}% m& h( ^* m0 Y: M+ E  J& @! O0 k
        best_target = None
    $ Y: k9 P/ E( p* ^' Y* N    best_vote = 0
    : i) Y& R* |% D+ \3 z" v% o
    " T$ G; S% p  T6 e% y" X    for t in dataset.target:5 e, |3 h3 v3 K6 K/ Y8 d" c
            if t not in target_range.keys():" ^; J/ T$ e( G. [8 w
                target_range[t] = 1
    3 Y6 o* a7 W- j5 t+ Q4 I1 J, ^        else:
    ( G9 \3 @+ S* s% z7 y/ G            target_range[t] += 15 C2 s& d0 ~; I" E

    4 ^: G  ^2 a8 ^: x  s6 [3 w    for t in target_range.keys():
    % y) k* S/ A- g; W" n% v3 e        if target_range[t] > best_vote:
    - q2 {) |& q1 [0 ^# l/ Z            best_vote = target_range[t]* r$ G) D- Y1 s% }" `7 G; \4 ?
                best_target = t
    3 b9 e' m. p, x8 [" j- h7 g7 I* @3 s
        return best_target9 I  y7 L" w" s! N6 Z( Z3 Z
    2 ?: e8 R  Z& W
    # 返回测试的正确率3 p8 ~7 M% |( j1 J% L* o& Z8 \
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    + x* @; P3 U1 U7 k+ tdef accuracy_rate(predict_result, target_result):$ {( j  v* X# Z* C2 L/ V, M$ L
        # print("Predict Result: ", predict_result)
    5 m6 P( R  R7 u; T    # print("Target Result:  ", target_result)$ _( `1 s& g0 p4 Z  s. z) y
        accuracy_score = 0% K1 ^6 k( _* F- f% e* @) |
        for i in range(len(predict_result)):
    ) Z) |' P5 B. ]8 P3 D/ W8 {! F        if predict_result == target_result:6 n. R1 m$ |- K) y3 t8 v
                accuracy_score += 1  I% j, Y& A( ~9 {0 J9 i. s
        return accuracy_score / len(predict_result)5 ^+ }& _) A3 S& v, a% K

    7 O. p, @: q8 p# 决策树的节点结构! E- \6 G% _. H# n: _7 T
    class dt_node:
    ; |$ W# l5 P" ?* m/ Q* ~# O+ c1 O9 H  f3 m8 Y" @5 V& `
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    7 d( d! x' \, d" }1 e        global nonce/ l2 ?% D# i$ {* x$ q, y1 Y
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图. J  g6 |2 M5 Q# a6 F
            nonce += 1
    1 H9 Z% m8 K( I/ t+ x        self.feature_name = None
    ( }/ S4 y: W2 t6 [" N- k        self.target_value = None9 R$ j$ Q% Z- q4 m9 @, z+ y4 d
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签! q6 q! w! K; a' T
            if not is_leaf:8 S  @& u2 J% P8 a0 X
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名1 F7 j& Q) U. d. t' O  o0 W
            else:
    1 i3 Y2 k/ x7 D) ]9 j: r7 ~! P            self.target_value = content # 叶子节点的标签
    9 }. N# [: R  P. c( f1 |
    ( c4 u# J  J! x) e9 b        self.parent = parent
    / {+ B5 n$ O. V7 B        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值- u# z- C. C0 z& R: o% I5 H
    6 w+ A+ y& g$ |% P
    # 决策树模型
    : f; r4 x& ~' p. ]class dt_tree:3 q$ m- N- n8 E- H1 y
    ' ^, ~6 i/ t" ]; O+ c; e% E. q
        def __init__(self):5 f8 _$ i' u# N6 e# y% H* C) t$ ^
            self.tree = None # 决策树的根节点
    5 g1 U* n# y6 R! O! a+ C# L        self.map_str = """* Q$ C) A: U% E1 n* ~( s
                digraph demo{& h& C1 \' \- N
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    $ ]. p- a! r. I# b0 W  Z            edge [fontname="Microsoft YaHei"];4 G- N, r- x" i4 S& i+ c+ v7 o. j
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构# X0 ?- `3 h& U1 \5 |- o( s  Y
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    / x* ?) c( N6 r- {' P5 `9 @: K; [% L7 `
        # 训练模型, train_set: 训练集
    9 o4 K7 Q0 }. z) m! V, h0 ?* v/ a    def fit(self, train_set):) Q$ Z7 A; B7 V
    9 a8 H3 |( e" ^9 T
            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
    ! `# \* O& F! Q7 D% @2 R) X            return None9 s' ]$ ]4 E. C4 M9 l% k, i

    " E8 r  s3 m# q8 f! e        target_all_same = True2 U! U) @7 p! l& t! k8 p1 B/ `; U
            for i in train_set.target:
    ' h+ n7 D+ [4 o; t1 i            if i != train_set.target[0]:
      |, o3 T. U) o% H; y* V& |6 ?& y, C2 {                target_all_same = False
    2 W$ [; a1 T/ L, p) |  Z$ T                break( \5 H6 x2 m  d. p+ g- o
    & m4 T! s0 X4 Y+ F8 H  d8 \. T- ?# r: q
            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. p6 g  b- f" X+ o. T" r# z
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    + B8 Y- k$ V$ T) ?( f            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点5 }+ c' i$ M  ~% ?+ t
                    self.tree = node
    8 @% t8 s# ]9 e( W: G  S- t) {+ _; P2 s* w5 c- G' @8 u( E
                # 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1 G7 Z& B# S$ S, w8 m
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)4 c. R( J, O4 v. C  W- w$ s/ U/ u% X8 _
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"* U) j4 s$ i6 ?3 d! Q$ B0 r  w

    3 D7 ]  L/ H1 R7 A            return node
    + q. X0 O  @7 L% i5 ~* H        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3 {& H/ n0 X, G  @* Z: E
                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
    + f5 [' N/ `. V; Z. }* D            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    / F5 }, O( @9 V7 n% }8 v                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    * u# R0 P2 O: e9 F                self.tree = node; b! T  I- Y  Y6 F) q( I% u/ C

    $ @3 r; _. d  Z9 ~2 `            # 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1 ?: C8 j: I2 |" e' d* C9 Q6 I
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)! }: H4 L, P. k% w$ q7 E6 t
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    * ]4 h) r) Y6 z, j0 E4 C; W# W/ d  }: K: H) ]$ S, K9 O
                return node) D( t% c0 E3 D
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    & n1 c0 R7 @1 O  h/ B' C/ d- r# P            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    & {  J, y9 w# L            best_feature_index = -1
    ' x, b* F% w; o            for i in range(len(train_set.feature_names)):5 Z; _+ o4 x3 E) c6 u
                    if train_set.feature_names == best_feature:
    $ ]9 h8 a% s7 Q! P                    best_feature_index = i
    / ]- F0 F/ O/ t                    break- f4 ?8 E  V0 k! I

    : g6 Y* E2 |, ^9 |7 `            node = dt_node(best_feature)
    , A% I. F( _. G$ a( o$ [; w6 H            node.vote_most = vote_most(train_set)' T! ?. v( C7 w1 V; I; `2 J
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    3 R, |8 ^4 Z! v7 m                self.tree = node
    2 f0 M( z- y! f% x                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    ' I4 h' Q; r6 ]/ d7 T; X( J                for i in range(len(train_set.target)):
      o6 t/ t5 H: Y                    if train_set.target not in self.color_dir:
    8 r& |+ c0 O$ A8 F( k                        global color_i) {8 j. a; b, X5 c
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]' Q1 W$ t' E$ b$ B% B
                            color_i += 1
    # _- ?! Q6 r0 @4 s                        color_i %= len(color_set)/ ?1 v! ~% P# [: ^' E9 [

    . H  W( F7 u2 J- p) C  S/ u            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    4 o5 S! D" `0 e1 Z            for t in train_set.data:
    9 l) n4 G- \+ w9 |" I                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    9 h! s2 a% a- l9 Q' i                    feature_range.append(t[best_feature_index])  b4 a4 ?1 l. X) y* O1 M

    / H7 F4 d" D3 T! B. q4 h            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    + `! `% q0 c) q" _            node_content = "属性:" + node.feature_name
    % o0 \! e3 r8 k+ ?+ `" t# K1 F            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    2 D* E0 k7 J/ ]/ a- k. U* N. U* v( }
                for feature_value in feature_range:
      j/ u1 s* h3 M  i' @1 T                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    , H; p$ p, B+ s  s- R                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    : t  ~! i8 o. I; K5 U) `                if node.child[feature_value] == None:, G7 ~0 u9 W. A8 `; E( \
                        # 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
    $ t7 q3 L& }# _3 h4 P4 q                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)4 @; V" d% I4 ?, Z
                    node.child[feature_value].parent = node  N3 _. l& D9 u$ Y& ?

    ; e3 Q! K- g# T8 n5 q) L3 A                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
      w. e8 K) I: p* A4 p9 }) \" r$ a+ P  t                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    9 K" w6 B4 z2 P( C: G
    " e" L+ E9 n& l  U1 ^& o            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)' U. x! V/ D( b( W. g9 D$ `2 P
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    " u% @; L3 |7 \            # for feature_value in feature_range:
    # n& r# `& d! n9 Z" [7 r8 C1 _# [            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    1 p( s( Y, \" r8 u# A2 I1 L; _0 i            return node) w8 q2 f, p' b, r+ z0 P$ L

    " C$ q) x5 G( ]8 `- [    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测# ~4 \: }& E+ |& O
        def predict(self, test_set):7 l6 H( k3 c( A2 ^3 c! U
            test_result = []: X9 E+ p$ \) T, |* f% x5 S
            for test in test_set.data:
    8 S: x  W0 E) E& `            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    6 j/ y5 L* e9 j            while node.target_value == None:
    1 e9 g# F9 A0 U* O  `! J                feature_name_index = -1
    3 ]( O* H! G7 C* x$ G8 G& O                for i in range(len(test_set.feature_names)):
    1 K' C  J* v- g: ^                    if test_set.feature_names == node.feature_name:
    1 E6 D5 J, l  [3 |5 M                        feature_name_index = i
    7 w7 J6 M' G7 t                        break
    5 R/ D) H7 e9 f                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    4 N) S2 b! ^3 g" s7 W+ s* I" a9 U% u4 r                    break2 w' B& m4 E' r7 L0 P4 O8 [
                    else:: Y' I) K$ p) ?7 c1 k. R, b
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    2 w$ f9 n2 V7 \
    ) D6 ^# A8 x2 f+ `            if node.target_value == None:2 B$ p5 d' d4 H" x
                    test_result.append(node.vote_most)
    8 C7 o7 q0 V5 B* r, R            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& v# d0 v% b% J7 r) N7 Z
                    test_result.append(node.target_value)) L$ N! G" {* y* g/ n% m- P; A4 d

    7 C) c6 U2 J# h% L        return test_result" R, `6 v6 A) r; H
    + K) w: k" C! i6 R( m9 I5 y# N
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    6 z. d7 J6 @: s7 ]: B8 y    def show_tree(self, path="demo.png"):# L8 _3 x6 J  i/ ]
            map = self.map_str + "}"$ V, \) c0 a2 n: f' B, |! Y
            print(map). {8 V1 F" J) M
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)4 W! j! u) P  I, F
            graph.write_png(path)5 e+ V9 W3 D+ g# o& L+ Y8 z
    2 t" F+ ^! {" v# @! m2 e
    # 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6 P) ~! ]( w( l# U
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    8 r/ V, A9 q: R7 B( B    c = dataset  T& |& l* l5 L, v8 J
        r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    3 |. e" Z/ r; [    rates = []# v( p! ^2 M7 W0 l, [0 B; `
        for train_num in r:3 Q8 o8 c5 a, d7 R! N7 l1 J
            print(train_num)
    ! u$ [  N1 t6 M1 k& N$ v        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])) O* V' T$ [( H  s$ q& ^& `6 j0 @. s
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])1 V" Z3 p3 l! A2 Q" l. H
            dt = dt_tree()
    8 q2 M% W, J& e3 C6 E* M% g- r        dt.fit(train_set). ~( ]/ u# M6 K/ o! _: {% r
            rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))) w) x6 k; Z1 _
    9 U, Z4 E$ L; Z/ f7 u
        print(rates)
    - Z6 \; Q( H9 K4 H& V. i    plt.plot(r, rates)
    % b9 C  J7 W3 h% U( [3 \6 @    plt.ylabel(label)8 Y& I$ D: L- V6 ?9 Y
        plt.show()
    ( U; i- e2 D+ x
    ! y/ q" }4 B8 v4 g0 ?$ R  mif __name__ == '__main__':5 q) x2 f1 {4 r

    0 |( M) G. g+ u  m    c = load_car()  # 载入汽车数据集
    . S# r0 S/ J* [& \6 x4 O* |    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    2 m5 y' t$ k, H6 D, {    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    ' A* s' F% E1 A    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    & S0 `, I9 q* V' Z+ l0 x5 S    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    : f5 u1 I  f; y% {7 |
    % ]. [& X8 x' ~    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    , r, q. ]) O0 ^    dt.fit(train_set)  # 训练
    8 ?: Z5 W/ n  }0 G    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片) E$ z1 Z0 O% ?) W0 n4 z* f8 N
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧0 Y9 k/ \3 s& Z! H9 P* h  e% F

    $ S& g- ~  {) H, m    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")& P0 ]* s2 r% Q- G  {" K* p5 Q, w
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)  M+ h- t& n+ C

      H2 ^: I. j/ i+ `$ t( P8 R& f  N6 H$ A+ b/ r

    5 L9 [) v4 Z# `: [1) M" Y* Q% T" h! a  N# G
    2( h$ o) S  {+ j- D
    3* Y+ c2 S$ V' G
    48 b, x* Z/ e: y& B: q$ H  W
    5# c4 @$ [" `* b) |9 Z! I8 @
    6
    7 x6 h, z' p+ @7
    * \, a; \0 Q7 X  Y4 X' L: o  X8
    . T! N& V* b! y( f! L4 I9) ^+ c0 E& H: W  F& N8 r
    10
    % \, p9 y$ J. M# z- h11
    ' u# [- a& D1 j" g" c$ l* W12* G  b: H" p4 y) S4 ~
    13& `- r% t7 s4 X/ S, }$ E  L0 J
    14% e  y: i' C0 a
    15
    2 L5 N7 P+ E" b- A164 s* C4 j" \) |/ c* {, C
    173 _9 N" ~8 s6 }+ Z" I$ r3 r
    18
    $ L" R& H! R! l5 `7 w2 s193 K& h5 u. X8 }* `& N
    20
    * T6 L( `0 d6 V21
    ( k1 C2 `  Y$ v% U8 Y5 Z% `! x22$ V# B4 K# t; M  Q: V
    23
    + r. \0 L: O" Y4 j/ ]24" a0 R7 r! _/ f! e4 n
    256 F, [" w& a* G" C1 T# y4 |% n$ ^& W
    26
    1 Z6 p- |6 C% y: H27
    / Z/ b# F  c5 ~) }2 P28: S9 s6 [' b" I; v& @& }" M
    29
    1 O* \7 A+ r$ w0 ~" E# ]9 U30
    / n& n9 ~; E% I: o31
    ' o/ s8 J, f+ n1 N' ?5 [" R32- U6 i% P5 D3 G5 S$ ?1 c
    33' r2 L1 Z1 h. U: e5 t0 k
    34
    / R& M& u2 g9 I35
    & J& B. E2 S# ?2 w- f363 s# g* I9 d) l# |* F& Y
    373 y2 W4 o6 G( l4 a% k( R
    38
    $ {1 ~2 R) j9 B3 D, F4 y39, Z$ ]- W  Y/ Y; p8 q2 ?4 w, }! E1 ]* k
    40
    9 E* o  Z- D, M, X419 A. s9 u, E3 Q
    42- n8 G9 ]( N, ?# J( J1 h  `4 `
    43
    $ f! A) U1 L  x$ c; T3 |( y446 l# B9 F# J3 ~% K& W7 f; {
    450 b2 Z/ m8 x! t2 J1 H
    46
    4 w" e( e' t/ p$ R. Z4 t& U- ^9 n47
    $ N. I. P2 J5 T& p/ t' v48, K/ N. ^4 G0 i8 f& q
    49
    " ~$ \  C5 F; h( s9 h, Z- J509 x/ k! S5 b7 h, y4 o
    51
    6 h# s* ?* a% c. u6 r52: X' I7 n, x9 N& x- D/ [
    53$ ~# [4 i7 I6 S( p4 d1 M
    54
    7 U! A7 a! ]( W# u" ]5 Z558 e- ]$ O1 x! `, {9 ?
    56* g1 O, |7 I6 @" f( s  R
    57
    8 O- `4 Y; f7 b8 L58
    9 ?* L  o7 {9 K+ A59
    / K+ i3 c- {* j9 g! D60
    ! y* ?1 O$ e6 e9 b. _- n. h$ J  K9 r* n61, F6 F! F  d3 l7 u! z
    62" K! u, M: z& h9 X: Y4 @
    63
    4 T2 C1 O5 ^  I! K647 S8 _8 J% s* G7 x0 J7 ?: ]* y
    65- a2 m, ^3 [$ |' }. c% i$ D
    669 Z6 s. Z, j& R2 n; W) k( R' d
    67
    4 `# H* K! T! g6 U685 U( C6 W- i3 g, L: g9 q4 f0 x' @: ~
    69
    $ G! ?' [5 X) \6 Z' m70  E3 s7 g( D% z9 f& e8 D* q; b
    71
    . E) ?1 H, j/ E9 |72
    2 A; M" I7 o: m73( {  C5 w5 {1 A' j4 d% {* B3 p
    74
    8 F4 h6 f. W/ ~" U5 X75
    2 ~* L1 x8 z" l4 h1 j2 V5 e76) X9 m( e, @. z' i8 T
    77; f" ?* m- d3 p5 s5 m2 a) K4 ^! v; N' `
    78
    ) Z1 R% h% i" X6 z# t79
    8 B6 F7 u8 y: s8 Z% f& R/ [. L80
    5 _5 G: n2 D: O! A# C0 F81. e9 y" h/ z* f' Z. h+ `  L' O6 M
    822 \3 a( m5 y9 p/ \! q
    839 F/ _; o2 e5 F! x
    846 \8 b- ~( `2 u2 g/ n( C# `0 W. t
    856 j+ g) g) O4 [7 q* S' r6 M
    86$ s, P- k3 _8 b  g5 C/ f* X% P
    87. u% G6 @6 P6 C, K
    88: p3 Q+ T6 E! X
    898 J: i  S) G, i4 H
    90. b1 R3 T9 T- `& w' ?3 p: J. F0 j7 L
    91
    ; V2 Y( A+ H8 L+ k1 R92+ [  ^. m3 r# w/ g) y$ i
    93+ U/ _" f! L7 ^% Q
    94
    3 b- Y6 b# ~9 C0 P, R* ^) z954 I( w( @% ?2 U. |/ g0 p5 |
    96' A0 P& [: d8 N$ o; N' g4 ~
    971 m2 M7 ]* S, y3 r
    981 {: [* {/ ?# O+ E
    995 k* Y& o) e! T2 a' _: M
    100
    ) V( N2 U% C" K3 z8 ]" ^1019 M/ b# S) j1 M6 C
    1029 i  ]6 P! {. x3 q2 b" ^1 D  z
    103
    : ], q8 ], _: I4 q4 P1042 O2 C0 I# M( V$ Z
    105
    ( S7 G3 d: S' C7 M1068 _, S. o' S: s# K
    107
    . d1 R7 V- A/ C+ b$ D108# c+ m( A6 S- `& P
    109
    4 G  e4 C' g( x; d1109 V+ V  _; p5 E- A! P* {
    111
    6 F9 T2 t5 `$ [9 H( z( _112! f4 ]& \: X7 p  z
    113& P$ l7 W; n5 X) o
    114# T. W  Q+ M& m0 }& r3 l9 \. s
    115
    1 U; e; B/ a' C; q116# i: |5 v5 Z5 F1 F! D6 }- Z
    117& c4 O0 A, s/ D. B
    118
    , p4 `; n+ b$ K  n& C  H5 z# l119
      I3 V! n$ P5 V& y* C120; ]/ e: t( n, g: @) U! J3 l
    121
    + O4 a0 e9 \7 L1 W122+ ~: b7 ~; c( D" x  K/ I( w8 U6 b8 @+ }
    123
    7 `% E" D3 W- s4 N& @124
    ( T9 d. v# y5 k" ^125# j8 H; X. {- ]* _
    1263 s8 R* a! {, y7 [
    127
    0 _# i6 d# Q* J7 |128$ l$ j' N. o( |  q' P
    129" L; @$ F' ?( g  v
    130
    ) U( V, B  S: \' V+ p$ Q131
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