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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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    开心
    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

    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

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    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) ]
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    # P7 u# U1 F* A版权声明:本文为CSDN博主「biyezuopin」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。/ S+ x1 w2 n/ |! V
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