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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8 O1 q. [' {$ S9 {1 S& {% k
0 ]) _3 X3 z, V( O
决策树模型- m( ]) K% Q% n$ F3 E, N" N
目录5 A. S7 x/ [* R6 w3 Y; y8 Y2 w$ m
人工智能第五次实验报告 1
% Q4 U8 O. K1 F' b6 W2 z" ]' w决策树模型 1- G8 S9 z# y3 N6 Z( P% Q
一 、问题背景 1
: I- }) h. j$ G3 P! H/ U ]( `1.1 监督学习简介 1
; U; w1 c& ~4 ` ] V' L. u1.2 决策树简介 1 _5 O) o3 [, `' ^: y+ e
二 、程序说明 3
n3 ]2 i! m! a2.1 数据载入 3$ q: M0 i5 z" U& A) P U
2.2 功能函数 3& W) H' [3 ^5 V( B3 j
2.3 决策树模型 4
& g$ M" U- m" W9 O三 、程序测试 5
* g! b F0 Y1 ^) q3.1 数据集说明 5
( M0 S) A# ^% h2 d d i; N9 e& `; [3.2 决策树生成和测试 6: O, N! L; W% a. i
3.3 学习曲线评估算法精度 76 Z# |2 F. Z7 h- u& O9 S
四 、实验总结 81 k6 v: q" I* H' j
附 录 - 程序代码 8
1 i6 M/ \# q3 H" T/ z3 \一 、问题背景0 z* M0 B0 i6 [3 `3 O( P9 \! x1 i
1.1监督学习简介* o1 F! R+ u& D! c4 R9 r% 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。
$ k! n7 ?- W, u( P+ i2 g- |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。
; J# H4 i( g& N8 I1 A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。1 s7 O7 h+ ]8 z( `7 w2 e5 x* K
1.2决策树简介; `+ L0 }3 E' S% v' ]7 t
决策树归纳是一类简单的机器学习形式,它表示为一个函数,以属性值向量作为输入,返回一个决策。
8 b& y1 g4 V' ] ^$ V1 J决策树的组成
9 }( A2 l f/ 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。& A9 n. f, \- e6 p: g; {; y
N/ N6 Y. S6 j8 B0 O4 p
import numpy as np+ p1 y+ Q! f7 ?. b. M
from matplotlib import pyplot as plt% [: q; _% M, L7 B! U
from math import log
# {. l- J3 c( Dimport pandas as pd
( n+ J( x* e f2 h4 T) P- aimport pydotplus as pdp
0 Q0 n& I! u. c4 g) ?
+ g3 F% {4 _$ s6 P: }6 T7 Q, V"""
2 ?, n' V1 C9 n19335286 郑有为
0 n9 z# g4 z' `人工智能作业 - 实现ID3决策树
9 O4 P" l& |& i% E; ?"""0 v: p, J/ M4 C0 P: Z4 p
. Z7 y' W* s+ R, ]1 l. B0 d; ?nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID0 p o2 [7 ?. h- }3 D# S
color_i = 07 j6 Z2 U- s& I. x( G4 ?; a
# 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$ g+ y, ?! V5 t" y* `- o0 [
color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
^2 e' @6 s# T
' J1 d2 Y0 T3 p! {# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
9 B6 P# q5 `2 ^4 m2 P( d! Gclass load_car:$ b3 a" }7 I: P' @
# 在表格中,最后一列是分类结果* ~! @/ v- E9 y* g
# feature_names: 属性名列表
I, j" {: {0 k3 b1 T # target_names: 标签(分类)名/ P; X* c$ ?- H( V M9 n# z2 j K
# data: 属性数据矩阵, 每行是一个数据, 每个数据是每个属性的对应值的列表
) o% x+ s4 J. v# C! E* w # target: 目标分类值列表
3 F* A- F8 K; m2 c6 f def __init__(self):! @/ ?" [( R9 s$ t! V4 s; P- _! x
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
% z& o1 Q/ T' Z) C* d9 J labels = df.columns.values/ {, A: }) w2 L; g1 T/ F8 A; |
data_array = np.array(df[1:])' [ E9 N* e& S( R
self.feature_names = labels[0:-1]( R! H) |& F. @+ S1 C/ g
self.target_names = labels[-1]
" n8 w7 B0 X# G& u b( H' m1 L8 @ self.data = data_array[0:,0:-1]5 j( v' {8 ^0 F9 W% W. c9 }
self.target = data_array[0:,-1]
. ~4 f7 y2 t l! m: r
4 }) V. M' c+ o1 j0 `8 b$ l. [# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
3 @) [$ T0 B/ ?class load_mushroom:* y$ ` U- r e
# 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
; w; m+ X! V9 P; R4 n8 T7 K( J # feature_names: 属性名列表
6 [+ z4 L% U' l # target_names: 标签(分类)名
) ?7 O. \$ i8 |* w E A4 g4 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6 W+ v! K! ^ B7 P
# target: 目标分类值列表4 L- v* ^3 I) F/ B" E( l" b7 z
def __init__(self):" h: U5 d/ w' G# g2 t" p" f7 e
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
( I1 b3 b. x3 g ?! C6 F data_array = np.array(df): I y/ M$ I+ w; p! Q
labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
- q ^ \5 O' c% b8 H+ g: Z8 W, } "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
( s* o, R, L1 [' S& @ "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",2 t4 }; }* `* I& x3 g1 l! }
"veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]$ ]: d: `3 q8 p6 P4 ^% S
self.feature_names = labels[1:]6 I) T3 }- s0 f( j" k( k/ Y& c" x5 }
self.target_names = labels[0]
) K1 G0 B: p" v6 a# ?% Q self.data = data_array[0:,1:], O; ~- l9 F# J
self.target = data_array[0:,0]
% x n; i/ h" H# h* o
9 e" f" X& S& V. o% p) b' ^# |4 ?! |# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
4 q; @" z/ w0 y+ F3 j: kclass new_dataset:
w7 v: R- X: d) n' N7 ~) [ # feature_names: 属性名列表9 U d q% @6 L% d( Q9 G! h/ O4 b
# target_names: 标签(分类)名
9 _1 m& V' J& N, Z" q0 z # 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
y$ B6 ^4 i0 c9 m1 ? # target: 目标分类值列表
6 e9 I4 h& @, L def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
- ^5 {7 e2 W8 R6 l# S t5 o! E self.feature_names = f_n
) M2 |! b9 N \/ m+ }; t3 m" @ self.target_names = t_n
) g- K; n! k. i$ f# J self.data = d
1 Y* M, v8 z( O" K+ G7 q self.target = t
! k8 h9 H8 w5 B. R+ ?. v/ {" D6 A0 u, G( P+ |' ~8 f
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
+ T% B- N: _! {+ z, F# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率) _* b Y( L1 d' b; s) s# W
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵! U. C7 W: H0 U8 Z- B
def get_h(target):
/ d" E# \# H; y( j: P: f: m5 D* z target_count = {}0 a+ p- @& v0 D- y
for i in range(len(target)):6 r* c' \2 C) P
label = target# q5 K: j3 I' p4 ]9 D4 f% i
if label not in target_count.keys():
# S/ e+ p! V' e& b: {+ i) Y1 v target_count[label] = 1.0" O( H) K6 d6 ?" Z' U0 \8 a
else:- c0 c5 Y! [- {& z4 E% P
target_count[label] += 1.0
) W) t, e! v8 d3 Z$ Z j9 k; l8 m% v, I h = 0.0
( o- W7 n% R# t. t: G) B' @. i2 x" ^ for k in target_count:9 x, c# W7 U! o! e
p = target_count[k] / len(target)
0 B; G# f% C* C$ ? h -= p * log(p, 2). c6 O. c. C8 Z2 R# e) E1 [& W% g
return h
# G& p K6 n# m$ o) Z* V8 ]8 g v# a! E
/ ` }# [) `$ ^. ]. J: y2 ]# 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& t) }! q( K+ V
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列/ g3 D' A& X7 Q: w
def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
8 f; a8 w- \4 A. O$ H! M# R+ i$ m9 m sub_data = []9 C8 x7 e% H( U. p* k1 i: d; c
sub_target = []" \' L4 N& `, L& |+ \6 k2 {
f_index = -1
4 H# R# j9 z' D for i in range(len(dataset.feature_names)):' B. q& v5 ]. r4 m6 }
if dataset.feature_names == feature_name:
; Q8 ~- o* J. q8 q f_index = i5 j k0 z0 q& S' O( W
break" X y# }4 H3 c! J! ?
# R, P- H& h& b$ {, [ I Y
for i in range(len(dataset.data)):% [4 o1 e3 k* }! d K! U$ \$ T' s
if dataset.data[f_index] == feature_value:: ]3 Y/ L% Y4 c" z+ S
l = list(dataset.data[:f_index])
! j3 ]& }) x( @7 B) M1 y6 i$ g* Q l.extend(dataset.data[f_index+1:]) W3 t8 _& C( y0 f, b( l) o
sub_data.append(l)
/ Y! @2 }9 C" z6 a! @ sub_target.append(dataset.target)
2 f, v3 I: O5 Y* H( r" p- L! R6 P* o' m& [& o8 n
sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
: {4 U) {9 `' k/ L sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
' b, V( ?) q# g- W( b4 u) T return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
/ a' q" }, }3 O, h
5 r1 o4 u7 M/ b5 c% c( i" _6 B6 b5 G. A# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
4 w; S) e2 Y( |# 信息收益值划分该数据集前后的熵减, x# R, ~" G1 ~4 Y( C
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$4 o0 U# Y% G4 k+ x
def best_spilt(dataset):0 C7 i1 E Z! M, Y: Z
; Q) D' A1 d5 E base_h = get_h(dataset.target)' Z: y6 p8 A/ l% i7 f
best_gain = 0.01 R, p* G2 J v% S8 D
best_feature = None
4 o) i6 w" n) n9 J$ v for i in range(len(dataset.feature_names)):% u. e& [6 {8 Z; m" e- o! a
feature_range = [], K4 R" ]6 L2 @- q% R; n) l4 B( L# Y
for j in range(len(dataset.data)):. o& p' I) W# {7 e; h
if dataset.data[j] not in feature_range:
' f6 a1 B' _9 E/ D feature_range.append(dataset.data[j])' B4 h+ Z4 J0 |
f$ I! ~9 C1 u& ]' E5 D8 i
spilt_h = 0.0
' l+ k9 h- f' `* S for feature_value in feature_range:4 _5 r& B2 ?9 n7 k) h4 V' B
subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
# K) ~; d# T' I) i spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
9 Q, r( o/ I% z) i& g1 E+ `! X
- }1 {7 ~+ q, M( c4 t/ Q if best_gain <= base_h - spilt_h:3 \6 v1 Q& U7 Y: L0 n Y
best_gain = base_h - spilt_h/ b4 e' N, @( r$ A/ y, K f
best_feature = dataset.feature_names
8 x G0 P/ V1 m
9 I' z7 E. T/ Q9 w$ f8 O return best_feature
* z* o% u( }" ~1 O, n" l' }1 f3 Y. ^' b: ?- b
# 返回数据集中一个数据最可能的标签. s3 v: g# K" ?5 `+ M6 ^0 U
def vote_most(dataset):
- F# v% D2 {0 Y( s target_range = {}
O( S' p- K# K& j3 v4 I best_target = None
. q$ H9 \5 R, s$ Y/ z B* P best_vote = 0
" F& O; g& s. e+ J2 m; U2 W- v1 j6 u ~! j) ?% c
for t in dataset.target:4 p7 z5 g0 b: M4 v
if t not in target_range.keys():+ Z1 V: N; ?1 x' Q* m& T
target_range[t] = 19 g% v- d& A9 b! A
else:
4 ^) E8 N4 n& P/ f target_range[t] += 1
5 K7 n5 I- P9 R7 O
9 J( T; p; R0 H3 r ^9 F for t in target_range.keys():
. c; `# B& m: N a if target_range[t] > best_vote:
! K5 M( w# M6 M" h( \" v" ` best_vote = target_range[t]
; `8 J# j* }! Y best_target = t
' M5 D& k; X* R& b0 m8 E) e
: o+ D6 e. b( O6 O return best_target
e! Y0 ]# F2 T9 P) s
2 c" P7 |4 I3 X( |7 i D" _# 返回测试的正确率
8 s: _ F) w" A# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表2 q! b/ B% k8 b2 |1 j) g2 N6 e
def accuracy_rate(predict_result, target_result):
h0 J& Y4 ~' }$ p& z* V # print("Predict Result: ", predict_result)
* c6 {9 D/ J9 c, O8 J9 _/ ~5 D: v # print("Target Result: ", target_result) t& V+ y/ |- g( |/ \0 K7 D6 z
accuracy_score = 08 c+ A3 ^5 n$ h
for i in range(len(predict_result)):( Y" I+ ]7 E& C, C: }5 N
if predict_result == target_result:) N' \% `+ ]# o3 \5 H# D8 C. I; n
accuracy_score += 1
1 `" N$ M: Y$ v% m return accuracy_score / len(predict_result)* G$ }8 W7 N5 B4 |$ Q7 l0 A' F1 _, r" D
8 j' K2 J, B, k6 o+ }6 n7 R9 B
# 决策树的节点结构5 u2 p# A0 M! e, F/ g
class dt_node:' b, U4 {' n; W- @4 _
+ g- J0 _; ^/ t: j- R' u F
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
: B9 r" i9 q8 r& I- E global nonce
' b' v6 @: u# w' f4 f, V3 e$ v self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
% t; u2 Q3 I& }( g0 y6 b# O nonce += 1( u0 V& `- C L# t
self.feature_name = None, i# X' J% {) t
self.target_value = None; X& J. Z! D. i" t% W% F6 Y$ U
self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
7 ? K) x5 m; Z. W if not is_leaf:/ n. M2 \: V$ E! y8 y! {
self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
$ ]: Q% r/ Y$ d" T; h( | else:" X; M7 X4 S; l- ]4 T& a; P
self.target_value = content # 叶子节点的标签/ i# W& L4 s! U7 [
5 q3 M+ K* w( M/ {9 Q2 E9 B
self.parent = parent' N% ~- V9 }0 C
self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值( y. o4 \; J6 h3 I* I
& _1 i8 O D0 I* i% L0 H# 决策树模型 ?9 i; e$ A9 G) j) |% k1 c
class dt_tree:
0 a. K# p4 \* V, M& c. I4 b: ~# X( b
def __init__(self):* N+ _' a$ m7 W
self.tree = None # 决策树的根节点
; Y* f, Q( u* d0 }1 l, I self.map_str = """2 X3 l Q6 G' R4 z
digraph demo{0 f6 N# A( g0 Z/ C
node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
; S6 B/ }1 F4 U1 ` edge [fontname="Microsoft YaHei"];
9 k, C& Z9 x+ x: W2 B9 Y """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构' j2 S) ?& I" T# C. F* q3 ^
self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
5 [3 Z$ Q0 f( J! [6 b
) K; p2 S4 l0 q4 |7 G" K0 z # 训练模型, train_set: 训练集5 A% [; u. f& d+ }4 i
def fit(self, train_set):
v. n/ {1 A* \1 E
+ s9 ^2 d: R7 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
. w F' Q, \& `, t return None1 A. A+ _/ `. r, O
# S ^# h. p$ e6 P, n target_all_same = True/ ^* X! H1 ~: ]- Q% X
for i in train_set.target:3 j3 A6 ~2 w1 ]( I' G7 H4 P! U5 }' P
if i != train_set.target[0]:
" r0 B6 C& A# U) X# e+ ?/ } target_all_same = False3 ^: F) T4 C4 b' M, w
break
; J* k9 V( k) a- R8 y4 \1 {* ?0 [1 s- s$ y( l- Y7 W- B2 m z* F' Z0 j& r
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) i$ ]2 l/ L6 Y5 p' C
node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
# F' _9 C4 D, k if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点5 Y3 z+ U/ a2 h( e; {% Y' U/ y
self.tree = node t# @. @7 E, h' K" C
( L) F) v' n$ q9 D # 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 E! v! ` U' Y2 p S5 Q
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
6 w$ d `9 b! ^) {: q+ Z self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
2 h; p( O. v- q' R; S3 P6 p7 h
' K, c( S+ l& M7 i- r! q# I3 C return node* K# W8 {9 G9 m
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
" w! q: P3 N: ^, i. x7 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4 y2 c8 D7 U) h# e1 I/ h% W4 B
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
) _, |$ b2 o7 ] self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]# n D- q5 ~5 h* p2 T
self.tree = node$ T& [5 E$ s j) z5 |. k. u' M) |- d8 o7 e
' e1 g6 s X0 m" \3 q
# 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 R" G0 x& }% v$ ] node_content = "标签:" + str(node.target_value)
p! _* Q7 h+ B8 a' w; @2 n9 x self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
h- z0 [7 m5 d6 f9 p" n5 V7 J
1 Z+ J8 w% o% x6 W; x' y return node! I q+ u. c4 E. M5 Y6 v9 C
else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
0 ]; ^7 J( k. c: s best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
+ Q7 L7 c# m& ~ best_feature_index = -1! E9 j3 H4 v% B
for i in range(len(train_set.feature_names)):3 {( q& d7 u- J! F8 ~" f
if train_set.feature_names == best_feature:
% N. }) _$ I/ |! l best_feature_index = i
6 A. Q; b8 | J4 m break
* {* @0 L6 l7 T. `. P. K5 J. r& ^1 c$ t/ J/ \
node = dt_node(best_feature)
( f( z, G i1 K! W0 S node.vote_most = vote_most(train_set): ~/ X. Z+ \% L* K% d3 z. D9 e. @" r5 s
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
0 l! c; e$ F }8 j# Y self.tree = node
; p! P: k7 E! D& x3 y9 d: F # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
8 O1 U2 D1 ]& D. G5 r for i in range(len(train_set.target)):1 \% S( l' |7 }% ?6 ?7 s
if train_set.target not in self.color_dir:! `$ w p a7 G: c9 N
global color_i
5 i* f3 S. p7 v" ~& h2 Y1 K* V; ?2 o self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
8 {/ H. `. T' I color_i += 16 @3 `. D9 \. P$ k( ~
color_i %= len(color_set)
7 g3 p6 r5 `# W0 p" d6 u x+ l/ p! c) R: b9 |: \- [9 T7 n
feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
" A$ C% v+ N+ {7 a8 R( y for t in train_set.data:8 D1 s. l6 M- n) w: R
if t[best_feature_index] not in feature_range:; R2 a v3 t8 V) A8 C; M
feature_range.append(t[best_feature_index])1 X6 q" F* K! F; h% ^
- C J$ Z2 {5 S$ _) [( M
# 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
: Y/ Z v1 \& d' e node_content = "属性:" + node.feature_name `6 b" Z8 j# x4 l
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"8 j; U' @1 m( i5 a
1 W+ T4 ?0 ]) K1 C for feature_value in feature_range:* l& i# D. n+ h
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集
. M* ]! y/ b2 _; w node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点5 {9 V( @( K3 q8 f. ]# u! q
if node.child[feature_value] == None:9 s- S( s1 p5 S; @) D5 R7 h
# 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
, E( X m4 O. L4 x0 _ node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)( l- J( J% M6 l- X" \" L0 ]$ \* _
node.child[feature_value].parent = node, Z% y' b4 [6 D* K+ ~( q8 B
7 d1 a3 f7 G% H% W
# 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
" c! K9 k% _2 ?7 a self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"5 R2 d5 ^4 S5 y* _
1 K/ n4 j" @5 R: o3 n. ?% F1 {8 g
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
, N* T3 E' j2 X1 C X# d # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
! R+ q* a/ u! T+ f& w I, d# z; G: V1 @& L # for feature_value in feature_range:! e( f( W: N2 v3 m# u# y1 i
# print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)6 E& C9 r) w5 o: G
return node
; u0 u9 S, |3 \5 E7 Q. J: u1 @ c% @$ u* w, C5 V* {
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测* j: A+ O4 D8 `& i4 q
def predict(self, test_set):
3 r C' I }% Z/ g# d test_result = []
! {) c0 w* P: ?* M' A for test in test_set.data:# p- u, {) ?( g% V. f; i
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点6 f* v0 B/ o/ T. W9 `
while node.target_value == None:
# z- U* M: M9 ~& a) U3 {8 @ feature_name_index = -1
, w0 I8 h; } R( z' y) Q9 j for i in range(len(test_set.feature_names)):4 O( _( a) Z/ E& r1 v3 m
if test_set.feature_names == node.feature_name:. T i' A, z7 \2 b% I7 R" u
feature_name_index = i) j- S: {8 F3 p: Q2 ]1 c% N; p
break
6 e) B; ]( [, z if test[feature_name_index] not in node.child.keys():" n! i. Y6 ?7 Z1 @& ~. m; y
break" F+ i1 Y( D0 W7 `$ w8 e
else:) X: \8 R8 O! ?
node = node.child[test[feature_name_index]]
. s% y9 `' p/ r2 C, J8 |# b& I3 v& u6 C$ P0 X8 X
if node.target_value == None:3 B# c3 r0 i' ]5 M1 @, H
test_result.append(node.vote_most)' o8 N4 P2 q3 f
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
$ W ]2 A, v& W( x test_result.append(node.target_value)( c E1 v. W9 @0 _% l0 S) ?
( W# @+ s9 b3 V6 b2 |; O: T! y return test_result
" v, H- W, D3 `/ S O
4 e% Y6 {+ \! S1 R # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
. z! B- \* q: i( i% Y5 { def show_tree(self, path="demo.png"):- s* i+ x3 w4 a8 l
map = self.map_str + "}"9 j' D! O z5 j- L8 X
print(map)5 ]! g& |# b" o8 r
graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
% @! B8 V, g) r3 l+ Q. i graph.write_png(path)3 [: X/ U& g! f5 s% ]. P! f
* n% C2 ]) |, L$ p8 g# 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; N) Z3 i- ^( F7 o! y
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):- `( g0 C; q c+ m& C6 R
c = dataset7 w/ R1 h; B8 U* c2 B+ L
r = range(5, len(c.data) - 1, interval)1 u( J8 o$ o) G% q
rates = []
) @7 D, y" G5 b* z for train_num in r:
* s+ F4 H1 G. `& u print(train_num)
4 u8 e5 R+ _- a; ~! s/ U' v" U train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])+ \ T4 Q) ^4 d
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])$ i, a0 B2 h, N3 }$ n2 h
dt = dt_tree()
' O0 t( n/ ~: a( Y, Q dt.fit(train_set)
6 \" G1 j5 H; a) V rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))3 B- l6 f6 d* v5 f: l' c) ^2 J: R
7 X$ E- Z, I2 Z print(rates)
& K' ?$ n2 g6 M1 v* J plt.plot(r, rates)1 ?4 l$ T) ]" c4 B) r$ K4 ~8 L2 M
plt.ylabel(label)5 E# k* w( f, k
plt.show()+ Q9 n/ O0 t0 v! c
- u+ J% _, g0 `% Z& A1 Y; Kif __name__ == '__main__':3 n7 l1 s/ ]9 N/ i6 [
4 Z8 f# v$ U' C8 {# I
c = load_car() # 载入汽车数据集# V {) P/ t" V3 |! x# Z: {
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
3 {7 x5 v; _: V* N train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)5 S. H7 b* \& g) R1 u3 _* `
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])! Y6 G7 u: ]# p- e
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])3 j( l! I# N1 E! n% U Z7 i
2 B4 R, p9 J' p# B0 \- ]
dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
9 O0 m% X& o" l3 u dt.fit(train_set) # 训练" [& M. c( t/ s3 f8 X
dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片0 R: E+ E4 @3 s5 z; s1 q. _
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧8 i) `9 ]/ T; A- {
2 p6 w! I9 E7 G6 f+ S' X, Y$ V # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
7 l Y" R/ z: W: O # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)) ^% W! N$ g U" R8 e+ x
4 \# }( D, @6 E
3 i+ @4 }1 ?( B# f) x& K" i
6 ^9 e/ T% ]7 e/ h: f1
# L. ?# o/ t4 V, B; i0 d2) J2 u! O! P' S& N y
3% l0 ^; U( q, Z$ k/ t
4# N! p8 Y2 h7 _2 [
5
) w: C! _) b |/ b6
: ~+ y, k, F" S7& S- N u% ]6 m* v4 a& Q3 F
8
& y, K; j9 p1 I. H! F9: i: K' o, \1 i F% a& Q, y
10. \9 m( z% @4 I9 A6 D0 K
119 L8 {6 ]1 m% y- W
12
7 V6 w$ z$ L, d7 B' n r( w13
1 J% u" S8 R' g6 J6 S5 x3 G5 s14
+ D0 \, F/ [; _" U" T) T* s15. H! W1 ~! V4 C7 ~. m8 M4 R" X
16
6 v+ p. p7 ] V5 b; |9 k- E175 } } i& |. ^0 I
18/ ?. O7 R8 A4 s: t% L2 k0 Z$ P
19, m& T1 Z0 ]( q
20% Z* Q; U9 i! Q) G* ~& f6 C
21
( S# o6 u3 Q+ `& c4 G: p5 e229 u9 a3 G& \* p
23
6 b% X2 L4 @" N2 b1 J3 }24
+ N) P1 h( n5 \' `25
9 L G/ q5 `# j+ a r6 {9 r- Z26/ z8 y9 f: _# A( ^0 W* o% O
27
) n' S" Q! O8 x. n5 a7 t28
" Y( N+ N v% l. f* D5 J( g29( }" {5 t0 d/ Q' a6 J
30
+ X3 Z& q# B: }31
- G+ D0 r& a% U- @" S! {32
/ m2 s6 s, v8 Z8 n, s* h* S& K* w- A338 R( p. {1 W5 i
34
$ J; s9 a2 r& l3 c35
F% ~. ^; F: z; D! F) K" r4 z36
! P9 s4 J; K9 g- v5 z37" q2 b1 x7 v: j4 G! H8 K9 ~: u
38
' ?( V% P4 s- ]$ X/ G- X5 X! Q39
7 v1 B1 H7 L' s6 m406 P% n) p& p3 z, D! \% A
41" C/ z" f; u8 m4 O/ B6 H
42
% e/ @8 ~5 F7 [0 z; u# t( K1 F43% N( J5 G: d% h8 K5 V
44
8 A+ x2 p4 |) h: Z3 B. k& o45
2 f9 R1 I; u0 J4 G5 e4 n+ F+ E* I$ w7 j46$ Z& B0 T$ A2 P0 L- _8 S' [/ T6 L
47
- n$ M; T- [0 }48
- Y# O# z! P. A49
! u4 I. {0 o! Z: ~' t! i( `8 J50
3 C( P8 {; `# S2 w6 Z% k% C6 q51
0 J! Y+ A9 g# J7 x5 x52
& R; {$ O) @' g: H' ? g; Y, E! h53
+ f- r7 _7 {1 x3 b/ X/ c54
% }& j2 F7 F1 @8 W. n, x- l9 y# k, ?55, Z; }% f+ P) `
56
1 v9 t6 R% [2 e2 U) S7 @" h57' p2 N2 j) X6 H: ?& K
58
5 h, s9 v$ k. X$ Q% S" i59
" M7 ?& F0 ~) i2 z8 ~, U% u60$ F0 W/ p# B: D3 g, x2 g( y# p- {4 Y, g
61
1 w$ N: s/ \7 A' i( W: x62
% m. ~8 K) i' b' p9 a \& s63
9 E' t& Y& I$ D7 u% J# T64
: I3 D( ?. n/ z653 _/ T/ V% Q5 p* B/ T
66" J; K1 d6 q, O7 Q9 ~( N
67) ~; l" n2 L" r7 Q; \5 t
68
/ O5 |3 B2 z& _69
. `. D9 ~. t+ s+ u! M2 I70
" M! x5 F) W# A- k" L! b9 i4 X& S71
2 |& H5 q% o& m3 t9 ?3 V$ m72
& N" r- q) C+ \9 r# H$ |" |73
0 C$ R2 A- D! X* n74
0 @ N3 {& R; p2 Z8 L75
( L7 g/ I. q# z; h" q76
5 u) S! L* H$ g) p77, u# o2 S+ v' ^5 ~+ ]" h t+ T
78 `2 g. ^+ P, o
79
$ M6 I* A' }# Y9 t80$ R' K/ T; S w& {
81- ~7 X* h3 H! j
824 _9 E/ O* M8 r' c* Z, {
83
; O: l- J( G! F84
! ~. p+ F( y8 q7 Y857 W2 R/ {% V$ I' P' b" O' d
86
; P2 E6 I3 \2 u. f6 S% ^871 U K2 o! T) K5 m6 r
88, o) a( `! s, q& N$ r
892 X% F; z' V; N' q
90% x5 Q) t6 H2 y8 Z) @; j
91
z5 R G0 n( e, B* a! s. Y* S6 v4 H92: l7 ]" f& K) o, {
93- |3 a1 d# m2 t( Z; M$ E
943 S: d* X5 @! E* t
95 C/ y! L/ n2 Q8 m5 G5 d: c, j0 v
96
0 }3 w! X- j5 x$ y% E' G% x97. i( \, {! @9 n& ?
98 I' ~% w8 C' R' {
993 [+ E5 s& O, Q" s$ o7 _
1004 S# D" F" g1 Z2 J3 J5 u8 @1 U
1010 \/ t4 f( l8 p7 g) L& O" v8 _
102/ R4 D7 t4 h7 L1 s4 d8 j
103# m4 j j, R/ J# ~/ o/ j- I: Y; w; _
104
) n$ S) b2 v" O. m+ w& k105
4 \0 o& \3 g6 X" [4 R106) e; L* r) `1 S4 ]6 G
107
7 L; q- J# ]% u) B& m' G108
" M( q- ^- R/ N109" Z6 J& d# T I' z4 L% W+ r( s/ n
110
6 i1 Z3 v V1 B: K6 X& q3 }, F111
$ z) s1 C2 C% y' W# W112
z* R( w* M; F5 g1 M4 \% L113 L, M" V$ u, l- \4 m$ V
114
4 a0 Z! t+ x h3 V115- {! @; k; p: ~0 C) j0 H9 I$ \8 K1 v
116! Z W* u0 ]9 e2 x, C% B2 k m+ v
117
* a9 `6 L2 t5 U. s" L; Z7 n& d118
4 N4 e8 \; }( X) o) } z9 p119" S& W: F5 k0 T8 @/ W4 j9 S
1209 }- c0 a, t9 H: [$ `
121' ^" d' M8 P" E& E
122/ d7 w0 ]+ R' q- Z
123
4 Z- c) {/ Q0 \9 y124! ~, R2 ]# e- [$ M' L# L
125$ D# S5 r9 P. X( L& x; p
126
# p+ t; _6 [& g- l" H1271 M( g; Y$ Q/ M& M9 D% d9 K9 I
128- S% a* q v) q' v% ^
129
$ Q( m( V. ]0 j( y0 |- R130
2 z7 {1 {1 D5 r# Q9 ~ J- _131
6 J' r+ F$ {+ e v5 m q6 I132
3 v! _; F* L9 j: h: A1330 s. H% X& @) Y% S
134, L4 ]9 T9 G6 y) g. B
135
" \% s, r; ~0 q* R136
- ?3 ~. G" [0 z& Y! S: m137/ Z% U0 q( L' R/ M8 e9 `* S1 O# `
1387 P- B' X0 y0 f6 d2 H/ y+ Y
139
# Y2 W( @ q* u# w. f5 Z7 b1406 Z c! \3 K; y/ K, j: w, o$ D
141: J$ M6 z2 R1 e4 G- v" p* X
142
8 x% _! u% j7 W' q% Y4 D% {143
- G7 X4 N& N( ^: V( g- h144
' A% F: ?" _3 s6 `/ e# u# U145
& J- Y8 U# O$ ~) r146
3 ]$ n+ E1 w) n" o! h. h147* w9 E. h1 u1 x* \
1485 [4 q5 ?( u* u9 m! i2 E
149) _! [! F6 Q0 Z; \5 j1 S
1509 W. T! P$ O4 [% `9 m; V; c
151
}( w: Q1 }' q1522 O0 ?) |0 n J
153) _ ?' r5 B0 P5 s6 o, O
154! X8 t, E; h! o, R7 V; \7 k7 G
155
; x$ {* A k& n7 q1564 f0 X) g, ~* J. {& g
1570 U5 @1 w" t2 L8 N* ]
158
# k- D% e/ x3 E* p: B159+ B! D4 J/ s; f. C) k: v* W2 }
160* Z: e1 H; d& j K2 d; m
161
; j: P" H5 |& b9 Q) a& ?; n162
7 w, H7 `6 S/ u4 {2 u1636 E R; V: `$ ~
164$ _, w5 J( j8 h4 i1 J7 @* P
1656 ]2 T6 b W/ L, t% I
1668 C% U2 m3 w$ @8 {! N: V
167
; J" u: g ?6 a168
5 k, f7 ~/ ?- k8 e169
7 _- {- V" j. v% {4 t170
6 K# Q/ x( \! \8 r171
3 t/ ?$ e! J) [6 U9 L9 X172
; w; ]& z2 b: F% q. f3 e5 N) x* b# }173
) L! |% {5 [4 e9 L A& z174: k, C5 T$ z$ O1 d- `6 H
175
5 p4 K+ ~& j( o8 |, [) ~$ L4 n3 x1766 S, r: r: o3 f, F2 i; x1 h
177
0 B& i1 l \4 \2 B# T" }178
+ Z8 o) N$ B5 a8 `6 l- d- R- \1795 U( m. C0 [7 e% [" Q! E; u, a3 |
180
! U- t: r+ R( W3 p l$ W181
- [+ Y g9 g6 S7 m182
3 O+ ?; A g R3 \; _" y1839 T: o. P- V# x! [. x5 _2 g
184
4 g7 y7 ]6 @7 S5 z( r185
; F9 C$ S9 R* t5 |. R) t3 q186
: I7 q3 K6 l: q a; D/ e0 }; I187
. _7 e3 `7 q! `6 w188
2 _: k% X1 s) o189 ~: _* X) i& \
190
$ U, x3 O) k6 f3 B) s U191
* L4 V$ t+ {# b: J/ o192
2 H) b9 j# S& D: f& E% \1931 ^, y g) \2 |5 F# @! Z- d
194
' @4 b( Y X% k7 g* P& z1 U. e195
! z% o3 O& }3 R1962 i }& \; B6 O8 h/ P
197
, [3 l, ^: T; a$ b9 `. H198
1 t/ Y& W6 m' H" I3 m! J% N199
! Y. X" n3 O$ c) ]200
3 q/ p: c3 h, m: \2019 h5 c- G+ H8 m5 J) n
2028 I; [8 K' z( }: u) {1 b0 K
203: K4 A- c' o9 y. `; O& C
204: E" y/ X9 D' T, }8 ~6 {2 j: t
205' C# p$ t, P# G/ X1 w3 Q, J# v
206
, |: B5 H# x! B! }# d. L/ b2 Z207, _1 |6 K9 t: p
208, b7 H, M7 r0 T' Q/ c- {# x/ d8 Y2 s
209- h% Q a+ C- q/ k3 s& e( K* f$ d
210' V% s0 G( O( f" w
211
8 i( L) v& }5 V212
6 ]# r' U$ O* `6 O0 [# `213
, O! f- i) L+ a3 i" F1 O* C! v: z214
+ ]. h/ X* p, K# N& G$ Q215
7 @( Y+ {2 o0 C1 N2 X, t7 B4 Q1 k216( j3 z" w$ y* S2 |
217# }* f7 g3 y4 \
218
& \5 l7 y+ i! s% _! Y7 H( L2192 S- E3 |, m# F9 ~& i
220/ ? A% K3 w+ |7 F q$ s
221
2 J6 P+ j9 k. |7 \) {222
9 Y1 N7 t- C; z; V: M5 O2237 [% m+ W% }) [! r6 P
224( {8 b2 K2 [2 s8 E6 @0 K
225
& {9 d# U8 Y( G$ L2264 w) y4 W- R ^
227
1 i$ k" {8 d% O4 h$ n# Q5 W4 }: Z2280 l; ?+ K6 ?% `, X- V% W
229
; j, c, C$ ^7 D1 h230" ^2 X7 ^! R. V/ N
231
( S7 b4 N" ?. y% U# m232
6 d% W5 Y) h! U; E8 w1 U233) i9 u% F5 M% R3 X- t
234
) k# b N) S9 w& d7 z3 q235$ \& K5 Q7 h& o, B; ?5 q/ a4 j2 w
236# C" f, j$ l/ w0 z# c
237( [1 I( l- @, l3 ~# X$ F( _ \
238; Y( \3 e4 d6 [( C! `- C9 k$ j- F
239
. q1 ]$ h2 p, _5 A; m240( ~9 S# ?# y8 a2 L% F; @. M+ L
241
8 J* |6 `, k9 l+ g0 O% `/ `242
, B: E6 R, b( v0 N6 }$ E/ ^/ b243) c$ T6 a R0 s0 ]5 z% D; r
2445 J9 }1 D) o! U( Z5 I$ s
245, J( L) G/ V" s0 e% W; n* f
246
- G+ y/ c" ]6 Z2479 R7 b+ \0 Z5 n* m
2481 z5 k1 r+ ?+ T# C! M
249
4 o" S F* f' e% F' b3 Z* l6 v250
2 Y1 ^. L K. r8 z3 N5 }; d* p251- t5 d$ n! g K0 D2 n
252
) L4 P9 {0 k2 G; l: q! ?% L9 i1 O253& e+ v% o: r! x) p: O; j# w+ V
254
/ ?7 P5 |* L; @3 w& c5 B" Y2 Z2556 `5 @- L9 K+ U4 D) a3 e
256 |) L- o* }- o5 I; \
257) c+ [: Z5 z% E+ X( z
258
2 Q ?. L( L* E2 c- L& J0 `/ G259' s. W; W2 T$ u4 `* ^7 @
2602 H/ n& A3 r3 V/ b& b
261
& }( U% j( o c- _262
4 @* F5 k! \# J4 u263
; L& h3 R$ E' N" I264
/ e1 \1 k9 ]. {! @* L265
8 A' Y s1 _( k1 Z266. c; s% v+ ^, S; N; W
267) X; V8 e5 p- ]
268# i/ Z; Q1 v' R% g- c H% d o
269
! e. Y% F7 C) K0 R/ [+ D270. q1 _6 i' E' }+ M2 b
271
. ^: ^/ b9 j8 T( W272+ a, z6 E6 p+ b
2739 \% O' O5 g8 v9 |
274) s! H. d9 e) S7 \: T0 C+ B
275
( f! _3 P" ~+ ~276
) M0 z- G2 \# I( U1 P9 f277
8 n& D0 m/ {) G278' v" k2 O: y# p4 A' o
279
" V6 ^0 m% R2 ^: q' W5 t280
0 \' K/ {3 m2 k ~ I3 x281
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