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TA的每日心情 | 开心 2021-8-11 17:59 |
|---|
签到天数: 17 天 [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 群组: 2018美赛护航培训课程 群组: 2019年 数学中国站长建 群组: 2019年数据分析师课程 群组: 2018年大象老师国赛优 |
基于Python实现的决策树模型5 q: U, s+ x$ x' N
3 n; c( C8 p6 ^8 F3 S
决策树模型/ h, i" R, }5 }8 a
目录
- d/ ^, v. N% @+ k4 _人工智能第五次实验报告 1& i7 H8 E" R: M% h, l3 G
决策树模型 1
5 T X3 m$ [- |1 B: L一 、问题背景 1
" b' T8 ?% ^# ]7 r( {. ~) k- ~1.1 监督学习简介 19 X$ `' H' v' c$ V
1.2 决策树简介 15 c, [# P3 R7 [! h7 z
二 、程序说明 32 e6 Q. ~ Y; p P2 Q0 N1 [
2.1 数据载入 3& H9 x9 T6 j: j7 A0 l! U
2.2 功能函数 3
# L9 O, a% l' j0 J2.3 决策树模型 4" M4 u4 x5 x# Y7 J3 n
三 、程序测试 5, w& [: o. t8 v
3.1 数据集说明 5
2 s" l) B8 \5 g. A1 E3.2 决策树生成和测试 6
& C9 z- }4 G* q8 W1 i3.3 学习曲线评估算法精度 7
5 e, ]) H& t* s9 f四 、实验总结 81 l n5 s1 ~1 A) n ?; F2 e
附 录 - 程序代码 8
( Z/ U' E. I. \$ R' f) V一 、问题背景7 R8 S6 D$ |( q: m
1.1监督学习简介
* u" C% W7 v+ `; g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。% D2 l- A2 T! Y5 L
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。
; H! o: W# 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。# m0 T5 } T& C$ B a: T
1.2决策树简介
* }4 k; Q, m! }+ y2 A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。
( ?" @+ E4 l" D+ k; u) X% W决策树的组成
* X: a% }' U( C1 I4 x+ c, n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。% L8 F/ Q( g% Y2 {4 X
! b$ A- a, K+ w; Jimport numpy as np4 c9 s* N p. s; P" y
from matplotlib import pyplot as plt) ?- g9 C8 R' N1 u# R
from math import log
2 E& b/ Z/ m: l' `import pandas as pd4 W: l8 }6 W, Y9 {
import pydotplus as pdp
/ v# }9 r( n# v% R4 F. P* t9 z) T. p
) Y: U" @1 q, e7 F( Z- V, ["""2 |/ {5 }7 i( F& S) W
19335286 郑有为: R% A S3 a0 U( t/ v% e1 g
人工智能作业 - 实现ID3决策树
* p" z+ S' O3 w2 |"""' [; K6 Y" N6 u
6 p% b* P9 K$ C+ r
nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID
3 o# u3 }. Z+ {color_i = 01 E3 } a7 g% l$ `8 Y
# 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
D1 N4 O7 r, tcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]+ O/ D% H& r& v1 `1 z9 K
: ]/ k1 \% ?% \" C' }5 k2 b& S# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买+ s5 z/ q" e" p
class load_car:4 A- L5 J# @( U& @% U. a
# 在表格中,最后一列是分类结果
. g1 s7 _) A5 K1 N- I* f3 } # feature_names: 属性名列表
; Z4 ^. T( W1 h/ y' \ } # target_names: 标签(分类)名; }. _+ \& N6 {. f4 G9 N' }
# 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
5 \, x, _& I0 | # target: 目标分类值列表1 T4 c: e8 H8 |# E$ }) x: _
def __init__(self):4 w0 ?$ D# E1 y2 g% A
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
% F% J8 ^$ K- T' M- G- D5 x/ e/ a4 u labels = df.columns.values
# A6 ]) y) u* k' g data_array = np.array(df[1:])! j( O# N3 O4 F- A
self.feature_names = labels[0:-1]0 C9 A% ~, O) M( `
self.target_names = labels[-1]1 I0 \: r+ E/ [& j$ e
self.data = data_array[0:,0:-1]
. Y0 i$ a# K3 w self.target = data_array[0:,-1]
4 T3 ?( r' U+ n. @5 J3 v5 q; X( Q9 f* B8 v& s6 \$ U* P
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
' L; _3 M2 r; J3 [1 hclass load_mushroom:1 B: C! m1 W9 d
# 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.1 T6 o* d1 ^& ]
# feature_names: 属性名列表# y. @, |5 e% W; ? F/ s
# target_names: 标签(分类)名6 o* v0 E/ P0 u# U) t: G
# 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
$ l g; y4 |" A # target: 目标分类值列表
6 W A1 U. \/ |5 f def __init__(self):6 s4 {% a9 \6 H) Y2 U: W# m
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data'), Q5 S' [% K1 X V7 g) y3 x8 i- E0 R
data_array = np.array(df)- Y. d1 I! i! ?! t& y) c0 c
labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
% }7 d9 S' @+ T" X1 `$ k5 t "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",0 l# ^4 w! N% c3 b" ?- J" x
"stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",* J* `2 P3 k7 x1 Y% w, U
"veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]" h3 m+ F" ^: I: ~$ N0 ^2 m0 d
self.feature_names = labels[1:]! K2 y" } J9 e Z' Y2 {1 _' a4 z
self.target_names = labels[0]
4 g/ z. t4 ~) ~2 a( B self.data = data_array[0:,1:]
. a9 `! Q( M7 o( a" |& K5 M self.target = data_array[0:,0]
# {( L: C+ \4 b/ X. |9 k, q- d; c) [4 t8 O% F
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
/ u4 z0 W( V* n+ ?, kclass new_dataset:
1 `4 ?! r$ p4 Z # feature_names: 属性名列表$ @0 V* Q s1 I/ P1 Z4 G! O, k3 i
# target_names: 标签(分类)名
4 y/ M$ f! `2 s+ K8 ]3 |' I # 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. X C( W4 m8 E) T N3 L. a
# target: 目标分类值列表7 a- f0 `9 Q; F* V
def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
! z6 \# u* ^8 X4 L" x' { self.feature_names = f_n9 R& d2 |- Q2 y2 L% i
self.target_names = t_n
. D6 J( ]; _# p6 Z4 }! s self.data = d
% F4 v5 T1 ^9 c) y self.target = t2 R% M; J# M* M& F
) p: X$ Y! D7 K) ]# q1 i
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$) R8 k* O ~# a
# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率$ z! z: J/ V$ e0 ~ R, I! X
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
5 V- H8 Z4 n1 d. t3 W0 q* edef get_h(target):6 F& O3 X- f0 y& U& t) h$ Z
target_count = {}3 p) Z" G4 @' h3 j6 h- r8 Z$ r
for i in range(len(target)):
- Y9 \ S' x! X( U4 D" D label = target6 u" Y* \ v0 Z
if label not in target_count.keys():& v+ y# e7 L3 B( q: S n# z
target_count[label] = 1.0& z3 _8 s2 V) T9 ?# A" o% v
else:$ ~1 f/ H0 i G% C- @" z& U& y7 n
target_count[label] += 1.0
1 j. F+ K) ?1 i h = 0.0
2 R, V8 ?8 o0 p% J6 T2 a for k in target_count:
6 P) o) c* a! N+ j. A" O3 X p = target_count[k] / len(target)
6 G+ y5 J6 U( B4 ^/ a1 n0 ` h -= p * log(p, 2)
( `; ]8 d8 {$ f- T( H4 a& _ return h
# i* X" \9 E( l7 G/ v* ^! I
3 `& d8 B9 F0 `5 G x. U5 O# 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( v9 _7 @- T5 A
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列9 l3 e: T( K) R% i' ?
def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
3 s' T9 r: `2 H% t sub_data = []2 u2 F' q* Q( t4 s& x: h! p2 F
sub_target = []1 T0 u4 V. R+ t1 V
f_index = -1: k. C7 |2 `" D; K# G% I! o; e
for i in range(len(dataset.feature_names)):
u8 [6 \% i# K5 t2 ] if dataset.feature_names == feature_name:( S; x5 G% e# d3 N2 F
f_index = i9 r+ R) c, g: K/ ?2 v7 C& C& _
break7 B' m! y- |& _ e+ ~; P3 R
, r1 B5 K" H4 K* x' s
for i in range(len(dataset.data)):+ d! a: }2 u" q% [' a; q1 l2 p
if dataset.data[f_index] == feature_value:7 ~9 ? I4 ~- O9 G
l = list(dataset.data[:f_index])' `9 }4 E+ k/ K: ?/ U" l
l.extend(dataset.data[f_index+1:])
' C% D# i W* k/ T1 q sub_data.append(l); {: F. A( u4 _+ v' C! P+ ?5 n3 _
sub_target.append(dataset.target)
( P7 P' u6 m, k5 Y6 r4 q$ g7 ]; C- Q' z' l7 ^( A# f
sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])# a# ^3 i8 u" p, g0 Y
sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])1 C. l Q8 Z. C$ e, e6 h$ P
return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
; u5 h$ x: B2 y; _/ v
1 F# A3 a! v( k8 D. p& Z6 t# 寻找并返回信息收益最大的属性划分; |1 f. n0 c. W% `* F1 ` u
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
) z0 O: E! x; z$ m# Z( {# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$4 X2 @6 ?7 ~( u, C3 D) V
def best_spilt(dataset):: b2 H. e( o* y
9 b$ B- w' H; }9 ]: c Q base_h = get_h(dataset.target)
9 e0 d4 T8 `7 R best_gain = 0.0
8 N6 O/ o# Q0 v% Y4 d4 V. N7 q best_feature = None8 q0 }+ ]+ T5 |& _, M4 E7 U
for i in range(len(dataset.feature_names)):7 [ M& g( j4 Z1 ^- B- C# f
feature_range = []( H5 E) x" a. Y* O6 O
for j in range(len(dataset.data)):
9 X; `* f7 c$ S' ?$ K! d7 G% H if dataset.data[j] not in feature_range:1 J& z- _3 F8 A0 O1 b) F8 X0 i
feature_range.append(dataset.data[j])# A% t1 V. w/ u P6 w" `0 m
% m: V" n$ m! J8 G! Z
spilt_h = 0.00 K( F5 g% i4 J3 X @% ]# T- S; }1 g q
for feature_value in feature_range:; Z* C; e' h& C8 S0 S* ]: c+ A8 m( t
subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
" G6 X0 `* T( M ~$ y" s8 j spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)+ G5 L+ w" K+ R' ~3 A& u% P6 u
& k3 d1 q7 N+ F if best_gain <= base_h - spilt_h:1 Z9 A/ X0 d: @% ~. S7 k# k/ r( [
best_gain = base_h - spilt_h
3 Z9 R8 H g5 S' i1 p( Q1 W best_feature = dataset.feature_names/ o8 E' X; }8 }9 i
( D& |6 E& O. | return best_feature$ ~* w# c0 C4 a1 V; f6 Z
9 i. o1 `( ^) m5 c+ N) Y$ b
# 返回数据集中一个数据最可能的标签3 M! Z) C3 M7 j4 m
def vote_most(dataset):3 i" ~/ D: H9 F8 H" I
target_range = {}
7 |, G0 B1 W( F V' K: o- W3 \! K best_target = None
, \1 w- N* e9 f, @ best_vote = 0
4 G- S$ J0 n$ K$ D# q4 _
3 J( _. n: z' l, b/ _$ u$ |- f: u for t in dataset.target:; ~/ x! d/ V0 S$ f
if t not in target_range.keys():1 H/ @& w4 O! J$ N; J
target_range[t] = 13 u/ `% ]" e: S, V7 C
else:8 ^ R* ~& i6 c; }6 O: p! C6 x
target_range[t] += 1& L7 |4 ^" h: A8 D6 w3 U( p3 v
; P* ~' `* c/ k$ Y4 B4 @+ b. H
for t in target_range.keys():
8 A, x7 T) z' n5 J) {& X6 B& X* y if target_range[t] > best_vote:
+ t( t* z% o+ C* a& u3 j3 L: e best_vote = target_range[t]& ? d5 r- T0 b$ b7 J! L; `) Y9 t
best_target = t
* E8 c, p& j7 g1 ^+ V
2 y% C, v. X3 o) O+ h) U# D/ S# K return best_target9 g7 g7 V3 l: `% I
5 ?+ e1 k- p) z# 返回测试的正确率
) @/ t# ?% v$ w4 x& `. I+ ^2 E# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表. }4 Z' k' L4 Z' U6 H; q, S; k
def accuracy_rate(predict_result, target_result):; [* Q& Y- y; i9 [ ~" C
# print("Predict Result: ", predict_result)0 q+ G5 X, U4 ] A) f
# print("Target Result: ", target_result)3 I! j7 w' |4 I" V2 S' G, P* @* C1 R
accuracy_score = 07 F. O/ { {( A" t
for i in range(len(predict_result)):
7 }) K% C8 K% ?. t( i+ D) A/ @0 p$ H if predict_result == target_result:
) T0 L# J" x5 S' C5 k z4 j. l accuracy_score += 1, y. T) R0 _+ n1 G( p
return accuracy_score / len(predict_result)
' f: M$ S9 W7 j- ] F' ?3 X
5 Z! ~& q* U% }, I' c/ v1 {3 v# 决策树的节点结构9 z& u3 k5 @7 h# {4 {* T
class dt_node:
0 T5 h9 m. r8 H% \/ ~ w+ o8 v+ [: m. M* A' Q: M
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):2 \. A8 f- [7 c) C! H5 h
global nonce
2 B7 W8 t# \5 x( F0 j" z6 C! Y4 Y self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
/ x7 k5 @/ W4 ?4 f. b& e nonce += 1! }: k8 |/ Z$ ~/ |0 L4 r1 ?' [
self.feature_name = None
: ~4 F& N* X& s self.target_value = None8 Z+ y; h( m- _" H. U
self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
Z7 L* w- Z% L( q0 H* ~+ v) ^; V if not is_leaf:
4 a$ w. h4 J, T) `/ B4 O# K4 L self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
+ T* x: R2 T) {: N+ o7 s0 C6 Y else:$ i _# x8 \" f. p+ y) y* n: Y
self.target_value = content # 叶子节点的标签
6 p" |2 F% k5 _8 u: R! k, T- e5 M, b% _& x- H. m( Z& |
self.parent = parent
. {5 N4 ? A; Y# R, Q" u! W' w self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
) o$ Y/ G+ u3 e5 }# D! D% ^- J/ X; [+ V$ d; A# q8 T, m2 `
# 决策树模型
- ^/ z. H/ w- P' {9 ]+ @class dt_tree:
; O \) N) l& V9 e( k, j' K) i3 H! f6 h* _! _* q
def __init__(self):
/ ]* `; P( Q! q$ z self.tree = None # 决策树的根节点! n: B# @- H7 P
self.map_str = """( x1 D5 S* T4 B8 v4 r# I1 n6 q
digraph demo{
1 B- ^$ X; \+ t% Z5 a node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
+ N( W' z' n1 F- ?7 M3 P. L edge [fontname="Microsoft YaHei"];
9 b* U% N: u g! {" l """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
# ~# J1 ~- P' h+ l" ? self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值* [5 w" W+ H8 i ~' o8 I, x* W
; G. D! ]+ D; q # 训练模型, train_set: 训练集
- D2 _% v, F! B6 | def fit(self, train_set):% q2 S5 U/ g4 n
7 i0 X" V8 C9 \9 z/ i" ]2 d
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
0 a) f: q N: f6 ^9 r) M7 d return None3 Y, _" b' H L$ e- {6 S
" D: q% a, Z* X/ S4 E: \5 ~ Y target_all_same = True+ k9 Y# H+ A. u* T
for i in train_set.target:
2 g' n8 K2 v2 d! s if i != train_set.target[0]:
$ s' S! W2 }' h$ o- r- i) }9 k target_all_same = False
- o! D* f$ Q$ S* d break
! M- ~& j/ |5 |1 c: I2 x( k7 Q9 }* m& p$ k0 e: B
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
' ~' o* k2 N1 x node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)9 ^! Z% M$ O% C
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点" I( z$ N# f; K
self.tree = node
4 d; {4 x4 J( e+ N( A" ? U) f. w) G6 r0 ]. u1 S5 v
# 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
! G+ o$ T4 X8 J4 }9 j6 e+ m2 ` node_content = "标签:" + str(node.target_value)
, [6 T+ X" c" {; n7 `, n self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"0 ~% U( y6 Q, H3 W. D
! l( z$ M. J( R
return node
3 u E& X9 C) E* s 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
7 q0 U/ d$ y8 T# w6 {. 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7 `. Q b7 G+ Z( I) y' s; j2 `
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点9 S, ^. X X) H x0 U# c
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]( x- Y% k: G% @& ?$ D
self.tree = node
. A) o' i+ K9 z+ h4 s# m; I
. c0 I3 T) ?# C5 U% |5 R # 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
+ W8 K. H+ T% i5 U0 }7 | node_content = "标签:" + str(node.target_value)
9 k7 k! _0 B+ A- Z self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
/ C& S. Z2 F1 I% m7 V, O) z& c# r1 b* k/ ?! F) x
return node
4 W7 j1 W! J- j* B+ x. w" y else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
) z2 r. w# X5 [6 v( X* B best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
4 t+ ]! P5 Y4 E! z' u best_feature_index = -1
, n2 M* b3 v8 m for i in range(len(train_set.feature_names)):
. R- D0 K6 q: M" ~* g9 m; l if train_set.feature_names == best_feature:
( H' N; o# j/ |6 {$ K) o# P- P best_feature_index = i
. B8 a( I- x" s* i7 q break8 A, b8 S# ^ p* G9 u; d3 [8 _' _! |$ O
1 c* q, ~$ W: }/ ]! t
node = dt_node(best_feature)
! C) y7 q- P! ~- D( i, g node.vote_most = vote_most(train_set)
$ H9 s" T) H0 m. I; V6 K if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
x, K% U" P1 _. ]3 J self.tree = node
; X+ ?1 D* }. o # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
5 O7 h4 z( a$ \& \" w: |+ z for i in range(len(train_set.target)):7 j4 B6 @" }/ S) H7 s6 N, C; d
if train_set.target not in self.color_dir:
( N6 ^" j* Z& T1 L global color_i& _, n6 I* S0 Z2 @5 V. U( f' p+ y4 U
self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
0 D% [* v$ ~; f, z2 N- u, D color_i += 1
. f1 w2 T2 Q# p$ p color_i %= len(color_set)
- Q; C, K5 S+ ~9 b7 b5 P6 s
! D8 N% h* {$ T4 {( n$ R# E feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
' O A/ I3 n4 U4 M, p" M for t in train_set.data:
. h4 U) t7 I+ J if t[best_feature_index] not in feature_range:$ m6 E9 w) @* }) W; ^8 H
feature_range.append(t[best_feature_index])
$ b5 m9 F# U- e" q2 s. s; ?
) p2 _" ~1 o9 Q) Q8 X2 {; P. V. g # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
* P- b$ M; p1 a% A& T& ^# I node_content = "属性:" + node.feature_name4 ?5 i4 J# ]% R6 O
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
9 H3 X* Z! V) A m4 z# |; s0 X5 q- m @$ l4 J) X
for feature_value in feature_range:9 p- F/ |, d; `0 [, Z- t
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集" s1 l9 K$ B7 Y8 x, d. C2 F
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点
8 c0 `8 h5 g' y& U" x$ `, \1 G if node.child[feature_value] == None:1 r w7 r1 ?7 x& Y n$ t# d
# 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# P. q+ |" c; m1 p% V( U/ l1 X
node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)- m4 y" [, [* N" A0 @- |5 l3 R8 E( \
node.child[feature_value].parent = node, ^ I% h4 r$ ^- v2 ~2 D, E
! m1 x- K' {& ]3 Y$ L- W: c% q
# 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
0 N6 c1 x/ o/ y. n0 ^) x# D self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"5 v/ z, z! A* I7 {8 ]; `
# U. |% G3 o1 W* S* P8 g
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)3 q r+ e0 b( m4 ~
# print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
( y; p& m# A4 ^* @& {% K/ g! h% B # for feature_value in feature_range:0 l; X H# Z# L7 A I
# print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)( T& G; @8 D- j
return node/ Z: f. `8 H5 Z% y! g1 N+ s/ A! Y
4 z2 O4 D/ ]- z4 E
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测( s# \! l* s& y& O5 J
def predict(self, test_set):
+ q( n6 q8 s3 Z0 O test_result = []; Z9 K" y1 F* O( m) I8 L
for test in test_set.data:
0 o: t8 ]5 e$ T8 w- A' m node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
: E: B* P. g' Y1 ?0 ^0 k( R while node.target_value == None:
5 k0 V$ |) z" h; `' o) ^. r feature_name_index = -1
9 U, k% e8 N' a# H for i in range(len(test_set.feature_names)):
; n9 ?4 j* k$ y if test_set.feature_names == node.feature_name: [' t E2 o/ C+ B& W
feature_name_index = i& I- l& S! z9 L4 [2 W( {
break
1 p. i. P. s3 q if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
" E6 E1 f+ }( l _1 q( h% _4 V break: x& N# Q- q# Z. B
else:
' s8 B y7 \; D u# C5 E5 J node = node.child[test[feature_name_index]]
4 ~& J$ J! i; w( \/ C3 o2 n" b+ A! Y9 E7 T" x7 l6 X; a
if node.target_value == None:1 @* G. ~1 F: d8 f0 r# `; w
test_result.append(node.vote_most)
* U% \3 @. c% u2 y; y 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
% G8 w$ s4 D# L% E5 d. ? test_result.append(node.target_value)
; p6 P; |9 ~! L A" b' y
$ K" B5 X7 V$ t3 P1 n' J6 C4 s" b: S return test_result4 K n/ A; c8 }* B1 j! z8 C
& K8 l$ Q* J: A
# 输出树, 生成图片, path: 图片的位置+ `9 h$ b7 j$ w/ a5 s
def show_tree(self, path="demo.png"):' v( T9 `$ ]- Z0 {1 M
map = self.map_str + "}"8 ~/ v+ Y0 |# E2 @' n0 f5 R6 w
print(map); C4 l3 ~$ J$ G( Z, m
graph = pdp.graph_from_dot_data(map)( n% ~7 W/ ^' Z! C
graph.write_png(path)
+ L& l7 i* M! _7 w- L9 X/ H8 A
& o+ i; l; O2 i( a4 e9 s# 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 e Q1 q- o1 d' ^
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):2 g# Z6 C! W' I& x# \, A& Z
c = dataset0 y! Z( S+ y$ {8 s
r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
1 N5 ~3 Y* f6 z8 J ]$ ? rates = []
& l% I) J3 p- [! I2 B: x- N: t4 ^0 C for train_num in r:0 Y9 G" e+ @1 S9 a% s5 R
print(train_num)# Y0 ?; y/ _! Q6 s+ Z
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])5 R% x4 w& F! Z
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])6 q/ S7 k7 v, B! M( n
dt = dt_tree()1 J) k3 N4 e4 Z3 U4 u
dt.fit(train_set)2 N- j7 h" D5 y6 w% b# U! P
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))) t' w! P8 k: B# d; e
& O4 s, N+ Y: \/ \! S2 ^
print(rates)
; n+ L, E: r2 n% N, \ plt.plot(r, rates)
1 U( ~5 g2 m( @5 _- g plt.ylabel(label)
$ F0 E6 W3 Q( n3 ]& c* G plt.show()
6 C8 o( N4 N7 g3 E: i1 x) O. D: c' W8 M8 c; b7 r
if __name__ == '__main__':& ^7 X; g8 q9 E) ~, P7 X
' M( y/ i9 Z% J6 Q, | c = load_car() # 载入汽车数据集3 W8 {' u6 k/ K4 o" _
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
# D- e* L) O+ ?$ e0 Y train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
) _, Y$ B; Q" w train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
/ t7 m9 H: n' I r test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
' J0 q" N$ N N1 g5 B0 M; d( S, U" R1 t: m2 C4 x: V
dt = dt_tree() # 初始化决策树模型! q) }% k# |. _0 A- k1 h
dt.fit(train_set) # 训练
6 [: b( `/ B: [; ]* r$ c6 Y1 s dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
4 v" K4 ~3 l: W" S print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧7 s+ n7 L/ m* V- ]7 f- k4 G
- b- _/ h2 h& c U9 a
# incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
0 l/ [" r9 H: X6 E # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
8 c! }7 x; [. _' \0 {. _1 j- y' w9 J
) s. y1 M& j1 I% j2 b2 D
- T9 z# ~* @& B! z8 j
17 M7 k( F' C; d( e# [
2, v! ~6 |: i8 S3 _3 t2 C6 i( Z) ?
3
: Q' \( v. z( n48 [. a4 \! q/ T! W# L3 u' c- A
5
) k& r1 W- s: u3 P) u6
! t7 J: Q0 a' o y& |; i4 ~2 g( f7
& w4 B7 w2 x& X5 |% o! Q7 Q8/ _9 c: V% _$ P
9% ~+ ^- u4 y' w+ m/ X& N h: ]
10
0 K- ]3 r" X5 s( g4 @5 Z n$ w# }11
" h' v/ [0 \2 P" P E9 C' F6 t/ ^12# o4 b+ |) H* L# M2 E; B
13
0 V1 d$ P) I; d; ]+ x14& L9 d! F9 j/ Y1 u- B) v
15
7 }9 E4 g# j2 X0 T) e# X16 n& u/ Z3 t6 T1 ]4 [( \
17, n$ U$ Q" M% B. j9 R
18. C8 }# t- y1 G% R8 E" z
19
" n( h) U+ Q) }; y; ?9 |( y" a# j20
, x. w$ s0 d) |) h21# X2 f- e" H7 W
22
4 o( Y' Y: X6 w7 n23
) g( I: Q' J: v( F2 U246 O, w3 @! t5 U; o5 ]
25; T; l, i$ f4 i) o4 q4 c9 @ o% _
26 h% y! }( V4 t1 g0 }
27
# I. P- c/ N- A4 A& u% o, k% O28
* L* h5 N q% R291 n$ H" ?' U; m: Y1 Z1 `: |9 T
30- J1 X- u. t& y' o, w
31
8 D: \' U! _$ e' Z4 l32
' w* Q* }6 f% o; [/ d4 A, G' L" d33
0 Z+ ^4 \4 O* k' [34! J/ n8 Q+ V. C. D. ?& S
354 v: k7 T) V/ L4 z
36
4 R4 ?7 V9 Y0 M- A2 _. [37
: a4 \/ d4 q! s8 p( @2 P38
# A$ Z9 |9 [2 ^, b: A3 ^393 |7 @+ j& P9 Z# O' i. S R: f
40
8 v- i" \7 f' I1 W. n: @1 O9 a4 u41
' V2 b& D' S5 r) N42
& b7 `; s9 p0 y6 K) V7 |' ?' J434 H7 f% D2 S1 h
44' |, s2 ~* i; y) p
45
4 G8 l. v6 r1 A( r5 i46% X8 F# m" K1 n% r5 X) U
47
0 [4 w& C: p& j6 f: n488 w- Q+ x; X. v, }- L0 J& N. L
49
8 N# ~0 K& q0 f8 t50
" w" V& [. I, ^) I0 a l516 V4 E2 f1 }$ C. O! \* v" G7 b
52
, o5 j: z. v! Q7 a }533 g6 N2 z: c$ N( G
54' Z9 W, F3 L/ B) I
55
3 i8 ~- P6 n- Y- C" ]3 Z56- @/ Z- C T$ F% G$ \
57
1 T7 j! P0 r9 c; g- [58
% h* x0 J7 L( |59
+ ~) P3 m3 J Y8 W1 y# t60. _$ A: K4 O* I
615 [, c: D6 K4 ? T' f2 R+ [5 w0 x
62
+ V* B6 L. ?3 t% W' l4 n5 x/ X6 w; Z63
: i8 \7 t. j _ z3 g9 D1 |64; y9 Q5 @+ q6 l V8 _
65
- h- a/ ~, L& ?' m, Z2 m66
$ D4 A7 s' h# Q0 v7 K( w% Y67. h, w7 f5 y5 z: U6 b. x6 d/ q
686 P/ M. ]4 S$ a
69
/ X. _8 `1 W0 s& Q0 U& ~/ v% t70
" a* ^& K' h+ O b+ D6 R71
* w$ n4 P5 T( f. d$ I0 X72
. n) ]; N$ `! a* u7 t) q; \73
/ l" Q# ^* U! M' D# f0 ^74
* g9 D/ [" P2 l7 J2 `759 N' r2 ` n% D9 p8 a
76
; i4 c2 I( u' \$ E6 `8 S5 O778 E2 n+ O6 c* A' ], x
78! C/ i* L# F+ c4 F) C4 h4 W
79
: R" e* y, C* |, R, d80
H% E$ ]' P B# x @" t815 u3 p. q3 |) ?( Y5 i" z, @
823 B" @* p+ Q4 | p f
837 x4 |7 Q& c/ Y T
84/ h! a; l3 w" @* |1 l( z
85! e5 w; G* s( o, V( ]$ ?
86. c2 ]/ d! v8 J% ]0 Z: C
87! [% I) n; Z! P/ r2 M% N7 K
88
8 [. ?: B/ Z% v+ n6 N9 ~6 P1 F897 {' e, a8 e& E. i/ A& B
90 Z, Z+ E0 ?' w: n3 Q5 k) t8 o
91
) m4 {/ T; ~4 |3 K6 l( u2 a929 O+ P( b7 h X: n3 v" W. d% W, e
93
$ [5 | O) Q ~9 k$ F* U94
9 n( Y% G' A+ n) G$ K' i. v: R95
# h# w0 _+ J5 p4 ]3 Z96
# D8 t* X7 K* o0 D+ X7 d4 N/ C. B* \97
# Z" B% A' q( x4 ]. ]% g& ?98; g! _+ X# X5 V7 _# Y2 X; D
99
) T) J; |3 n* Z6 f e6 \" t7 `1004 E/ g, X. i. f6 p
1012 J- \; ?% u; d% V9 t" `9 C+ s
1027 S. u& k0 ?7 k
1035 Z( o: z2 I J' ]" T
104
" R5 M; c7 \/ b7 ]$ O: S1 g2 J1055 T$ C" p+ _7 |! L8 N# w
106
7 y9 [2 n# B% H! c4 q" U1079 G/ a! t$ W+ A R3 W5 z m( I
108+ p% [2 i8 \: T! w7 ? ?
109
" `- j$ i1 i& {: a. g# U( b# i4 N110) ^4 }4 c& M7 a: b1 b; `! D
1115 k# K0 K( Y( X; `3 T' C; t
112
B5 {# k" N" a6 J* ?6 x113
; c% f' U( y1 ]) [/ S114
2 r1 o% U; w9 n9 @& a# M) D4 J1150 V' g8 G4 Y$ e" s; @8 K8 M0 |
116
- T6 d3 ^" p; I/ _, @1176 h" b$ @* `8 B0 l7 l1 q
118& B `; B/ t3 }9 t0 q7 q+ i
1190 @3 }+ V' f7 z; A% W% w
120
" C- c5 j; p) m5 @1216 C! k; t# c/ B$ x% J: o$ a
122
$ i" q9 o* }" Z R& b1230 R& x0 x5 V( H) x& a2 l2 K
124
& P5 [; E- [0 J' N125& O7 \- k9 ^' p) ]
126' m5 H# g+ ?, A7 q5 h
127' E9 }: k3 l- J; M Z4 B
1282 i" t* V: G% u6 K& M0 O2 Q
129
( d- A- t& q+ Z" e8 Q. ~# X130( e0 i! |$ u; E
131
! J4 X! e+ y7 q% G( m132
5 y9 W- s! E( W+ m; ~, {0 C" ^5 g133
; E# _# N( L6 [7 [6 _+ M1346 a2 f# S7 ^" ~/ Z1 K p
135
+ o) |' [. j0 O% u3 o& J# O" Q136
, }: ~+ W- w- } ?6 i137
# D6 M1 W3 u# B: P0 R4 o138
+ p! Z- Q8 @- ]139
1 [( j3 M0 S! P140% _2 B$ A$ x0 A
141
" w; N! p7 K; E! |; |4 \142
C0 F! s4 ~* v# V# C5 `143% q) E1 i$ `. F0 i
144
5 D( e9 r' `0 ?/ c/ @0 W145/ N# n* _9 c& t- ^% F
146
8 T* m7 q$ y2 F5 A# @' Z147
: P- u; M. `7 Q6 a( M/ J148
/ _: k* S9 S7 O W( F149
! J# [+ Z' \2 {1508 P$ x* u; a1 X+ P: u; ~
151
0 \5 h3 C& j% `9 B7 X, s1522 I$ d% }' F! x- v3 L) q) o5 t, ~8 p
153
- C* b3 b/ b/ W. h154# F/ \: c/ s6 [/ x7 N
155: ]6 A8 a7 u" Y4 C. ~7 M
156* u3 h2 a% q- L _" _
157
- Z$ E n3 q' r% s7 K158" {' K) S0 g ?) p8 b
1593 ` z$ }, v* @9 f
160
& `( ~. ^9 T$ K+ i9 X+ L161
& n! s: r, b( K6 m9 ]) ?5 u* W162
0 Y3 P9 u' f0 M" P! i. E& L+ P* i. P6 o163
4 p0 ?( ?; @ z6 ^164
8 K8 }/ c2 e# `165
( H1 D- U- K- U4 I5 f6 K6 w166" c1 q) ?5 L! n
167
. Y2 X6 q1 c' Z: \2 c! ~* W168
5 D- G3 P; n+ c, M, a- D& S( o; c7 ~169. G# S& _; i5 S _) |
170
& H4 _9 c# K- e; [" j/ B171
7 {* f% a) }7 l: F S" I/ |172
3 ]- j: T# |& \9 |( w; e! x5 q) G173! m! ]/ v" V8 J7 \
1749 J2 Q# v3 [- w3 y! V$ @
175$ u; W1 O3 y/ n3 a6 B
176
0 s( D5 u- S" P3 E) R177
% b1 K4 s3 Q, F5 s {178
1 @' q# H0 B, I: s1 y' L/ E179
_5 t# }7 X1 b% K180
7 j+ q2 e5 s3 m8 u4 W9 A181; m: P7 }! u) ]2 ?8 w3 q
182: v9 O4 {& i! x$ k( a
183
4 O( n, C6 M5 X/ x- q; H/ A184
% u5 h P. |8 z& `, A1850 f0 B* i# h6 C4 J$ Y
186
/ V' `) J3 u. ~; H7 n9 g187
1 t7 D2 Z0 j( }! P7 t; {188% H6 q4 ^7 ~3 T- ~' x$ H* T w8 s. U
1895 D* m4 J5 c2 X& G( {
190
: _4 C. d/ o( c& f( U191! t- g) J0 r2 x9 _$ y7 g
192. u1 J' m% ] @) J3 F! s( |( d/ x
193, G& B0 `9 }3 e( f1 K
1942 ^, m D: A5 h
195! u2 W6 N! u2 F: `1 {1 J
196
- C& y1 y, R- R8 H( P8 L R197
' {" B' B2 R$ e" y% @* R198) A2 V" D3 O+ ]9 l) p
199; t' l0 b3 l' e8 @! k
200
' h4 c+ K) ?# ]6 U9 S% g! u201: T# ?0 Y/ p, _, u' s
202
0 l+ c7 e$ [6 d* C& K203
/ J# i2 G# t, L) ?& A4 h2040 t; c0 v C, q/ G
205& _; S) z% Y" e! E8 P9 p: W
206
/ A4 n+ a9 c' Q9 G! {* y2075 B0 {* F8 M2 `+ B8 t
208
8 h$ i# K; J, [; |209+ v- D) C7 H# {
210
9 l) z `0 V( ~211
/ `4 K$ {1 J1 L2121 x) s5 @* u' R9 z
213
. [5 Q6 G+ ~" `' i9 H" `0 E214" E7 g' v6 J( V8 V( m+ L5 U
2158 v! i0 k4 V' e3 ?$ M5 E0 X4 T
216
6 I6 ?' b: P0 P: y217. K- z0 p# x; `; W1 N! L" I
218" b. |+ M/ N: o0 ?
219
9 l% ]- ^' M& ]& s& P2 v8 Q220
3 c4 n5 u) N9 ]( g, @* F- w. _221
( r8 X1 \$ L+ k222, Z3 C& ?: z9 }5 M. l2 V
223
E0 {( \3 Q3 E224" w& j* U$ D# `6 Q2 N8 {
225
) O' o2 I$ {7 \8 _" I, Y- z S226
! }' E+ ]+ B! ?2 V* x4 I# v1 s; G227$ E, N' U5 B/ A( e8 o" t; N, z
228* ]( F- L K( Z- }( D) p
2290 |7 J6 x% M( k, S; b- n8 J" z" S
230; w. e- R3 B7 Q- b- U" j9 J
231
, E; ]+ d4 j+ b% `8 v0 f2326 { y) n3 y0 D% n [' A. ^. s" n
233$ o+ t7 v h C5 \$ \9 b# H
234
( b$ M$ j8 ^) a) h: [% ?/ o5 s235
) Q' a* f6 z8 g2 x1 [2364 q$ O6 a) D' c" b i" d `
2373 {/ l2 o4 {1 ?* v
238; q) Q# f4 |, L( D4 a& _! m
239
' l6 v+ c) |5 S8 B; {# ?1 b240
* G+ `% |- e# i, ^. j241! q# m; W- Z1 \" ]" N4 G1 {
2425 v! @. h# t e/ f$ Q. H
243
) U3 }: r, w8 p/ E8 z) a" x* k9 n244
# E7 K, A+ y9 G8 I/ t1 m2459 Q7 R; F/ K" B. g, ^; Z
2466 a2 h" D! n% d, S5 I+ t
247
( n g& M* ]( @/ f3 Q5 {248
! _, q2 F! r) X& g1 ]' w2492 m# |& N n4 l# J* `1 V
250; X3 L" K7 j7 S* m9 z `
251% A* U' y" H2 h' v* W6 j
252
8 g, i+ \5 T6 ~253
5 v' j0 J8 d. t1 l254
2 o4 G; w4 \" k* K8 t8 g9 [( O255, x6 |$ @9 q- e, M! n
256/ e# k" [3 k0 V- D, H5 x+ S9 ?
257
6 f6 d9 V! R( w! }258) g- u) `& \3 b9 U% P
259
- M% U. e7 d# X3 f: z0 p" l( m. k260
6 W5 e2 }. D! F% D- B2 G+ u261
: A) J* j" X- R# b( c262
1 y3 I! l3 W M% \ I* ~4 [& M263- d3 x8 C# L# L7 M
264
6 N. v/ M4 x1 b; Q2655 Z" [, d$ z& Y
2660 u% y' u& \2 V# `
267- ~) J: b* B9 J& c6 y$ V7 g
268
( S% L/ k X. m( S269
g! ~! P# y) ]; }270
% C4 w" F' v+ | K1 G9 a* j" D$ o3 N271% \7 p2 \. p) m- \- ?0 E" b! v( `/ \
272
* y* }8 j& }' j( j273: l$ K8 |# u; u- {0 y
274+ V. B0 V1 j. [
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