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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

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    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
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    基于Python实现的决策树模型; \  [! t* i+ \7 r

    9 y2 `" v4 Z. b% z决策树模型
    ( S8 {' S* v+ \$ I2 O* j& I目录
    ; N" R- n1 `9 R3 q( }8 n5 s" g8 g人工智能第五次实验报告 1
    2 i+ _; t2 J1 e+ y0 O' F决策树模型 1
    5 p8 `. k. m2 F一 、问题背景 1
    6 Z# K) Y+ y2 [+ z$ P9 Y& }1.1 监督学习简介 1
    4 X6 D& P  S4 ^( l- R* O! {* t1.2 决策树简介 1
    4 k5 o, I$ G$ ]: U9 P二 、程序说明 3
    " N( i) }# I; b, ^" x* h% D! ~2.1 数据载入 38 x% F4 R& f4 t
    2.2 功能函数 3& A$ m5 q& s+ W! c
    2.3 决策树模型 4! C3 \6 f5 ?5 p2 m
    三 、程序测试 5
    ) u: _5 A- z8 A1 c7 n+ ]6 r3.1 数据集说明 5! b7 x, k* @* v& B8 L
    3.2 决策树生成和测试 6
    ; W* X5 r: x( I$ b1 n6 f* K9 r3.3 学习曲线评估算法精度 7& a# q* S+ W( {0 M! {7 B
    四 、实验总结 8; N1 @* g; F1 f( `- [
    附 录 - 程序代码 8- b2 b" E8 I  v: j( N" R/ g
    一 、问题背景
    + M/ D; X$ u% G# A; ~2 @$ y+ s1.1监督学习简介% J+ S8 s0 Q0 [' X6 M5 a
    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。
    $ w4 ^, ]; q9 ]: \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。% E" V, k. 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。
    5 |4 E; N9 K8 u! L. p1 I* u( ]/ r1.2决策树简介! E  b# Q% p, `8 n; ~
    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。+ t/ l$ F! v' g2 h+ r# e9 f5 c# R8 E
    决策树的组成
    ( f' O6 y1 }9 I/ s: R5 L, x- P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。
    . e$ J1 R/ A7 x3 Z' _4 y
    0 [# E9 H4 j" K: A' u; Z" aimport numpy as np
    1 u7 D; [+ w- T: A. P7 }9 P: bfrom matplotlib import pyplot as plt+ y# F3 W! T. b% R* c& i
    from math import log; U' e" h1 ~. ~" r
    import pandas as pd0 h6 c7 ~" P% Z3 }/ K' {6 ^. `3 z
    import pydotplus as pdp$ [! K6 |+ S1 X. ^9 O% o: }6 r

    # Y! }" I- c/ A. Q$ n  Q4 ?"""
    7 V1 Q6 Q7 X( J) X% K; I19335286 郑有为: M* c; a2 r$ M- q6 Q2 u: p
    人工智能作业 - 实现ID3决策树" p( I- y) @' t, {
    """# r) V1 X& a  J) n7 l$ l: S

    # e! [* `2 s5 f8 n3 T% Ynonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    6 f, O# G7 {5 F% H) \& n3 vcolor_i = 0" T) m: N, e' ^( X% S+ 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
    0 H# m1 j( ]/ Z2 o/ kcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    3 ^/ c/ E4 |6 i$ o# Y; A* V, a6 J  ^3 _
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买& |7 k$ I9 H, o
    class load_car:3 }4 Q0 z/ @& t; r+ I; z# x( v
        # 在表格中,最后一列是分类结果- W1 \& {  z% \, c
        # feature_names: 属性名列表' t! ^8 l# k& N( k
        # target_names: 标签(分类)名
    3 q9 l0 C7 C; K6 H" ]' g' u    # 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
    ! B3 `. U# e. }+ |    # target: 目标分类值列表7 y% p! ?. E) e; u6 z' v' R
        def __init__(self):/ z0 j2 p; X/ z8 \$ P- r% v
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')- X. K+ w) q/ N. u' X0 X
            labels = df.columns.values0 I) C9 |5 z2 X! M
            data_array = np.array(df[1:])/ X) }& K2 v6 ~0 P% w$ m( e& X
            self.feature_names = labels[0:-1]
      w9 G  W, X2 S/ A  z6 w3 j        self.target_names = labels[-1]
    4 ~0 |+ P, E* Z, p5 I0 l        self.data = data_array[0:,0:-1]+ b3 }. a* b$ I* x/ |3 N
            self.target = data_array[0:,-1]
    7 P, m2 G, N. w7 `( \; N: Y8 ?4 v! y% l% O, y$ U* U
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    % Z7 I8 B( i7 R6 b  Tclass load_mushroom:% s( ]% \7 ^  c* ^" y. F
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    ' N0 `5 N' R- f9 A/ M6 i# `2 U    # feature_names: 属性名列表
    0 `/ Y3 ]3 N' y    # target_names: 标签(分类)名
    4 h$ S' N  z" \" A5 r    # 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& m/ M( B( R2 `7 x
        # target: 目标分类值列表
    1 L- j& v, I, b2 O1 Y    def __init__(self):0 D- {4 h4 @% [8 e: C! M
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')+ L+ `( F3 e5 s! Q' }" X
            data_array = np.array(df)  n" P- y2 T: u: @0 N' U' y. F
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",1 ]5 W8 T* o# }# g  Z' W. @( l$ b
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",+ m/ z% \4 `5 b7 D( _( \# w/ x; f* P
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",+ J1 q% y" m' G) ~) N# p# V, ~
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]- v# X9 s+ U% c% s$ t
            self.feature_names = labels[1:]
    % P+ p+ b, F8 }. X        self.target_names = labels[0]
    5 ^: ?, @; K# q. j8 i! D  l0 k        self.data = data_array[0:,1:]
    ) Y; H4 l$ B& `/ V5 f  B        self.target = data_array[0:,0]3 K4 W$ v8 N8 Y% N

    9 @1 u4 u$ ]& `& d! t# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
    $ F7 I8 ~6 z. Kclass new_dataset:
    " P3 O: {, [% \7 y8 q    # feature_names: 属性名列表' Q. T4 |7 P$ ?  T0 Z, d/ {
        # target_names: 标签(分类)名
    3 u/ B- X, r; p0 ~# s9 X    # 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
    ; G) l. }6 [& @8 u4 ?% D  C% d; l    # target: 目标分类值列表  X2 X$ j& E; ], B
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):* Y. V. l' U! v/ e4 F  c8 o
            self.feature_names = f_n
    0 l  Z1 }' K  p% H        self.target_names = t_n) ^: ?- B# o% Y+ D+ i3 E
            self.data = d' S4 h* y! f1 t8 u/ Y
            self.target = t
    , \# m% H! E" Y
    9 v3 H+ U  h5 v9 a3 n# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$% h7 d; H' b- K* Q4 Z3 R" N
    #        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率, v% a% H& O+ p9 I, @- u5 i+ i( A
    # target: 分类结果的列表, return: 信息熵$ ^: g  d* _5 \9 V
    def get_h(target):
    2 g  d$ Y' H" q    target_count = {}# d+ m* o5 G1 ~' V
        for i in range(len(target)):0 v( a0 F2 R3 Q* r$ a+ t3 x" o! o
            label = target
    0 o* L% P5 S8 C" N# Z2 t, t$ K        if label not in target_count.keys():
    ' n1 |; m) T% ~( h+ ^' ?7 u            target_count[label] = 1.0( c0 Q4 [: J% S) S! M, ~) s
            else:0 f2 Z* w: A- a+ `( l3 `
                target_count[label] += 1.0# F( W, i/ a" D/ k$ X
        h = 0.0( s& R# r+ w% @  Z- ?
        for k in target_count:
    : Y$ G6 k; g; l9 l        p = target_count[k] / len(target)
    ( g) m! r) ~3 {8 k+ q8 F7 b        h -= p * log(p, 2)
    , H" y( m) S, ]# Y- B& u2 r' s    return h+ a* C, M- K: E7 x

    , q- s+ U6 _6 _# 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_value3 _7 E9 r9 H, F& x
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列, b/ ^4 L# X, W& `- B0 S
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):7 b& e+ B& |, G/ Q1 b% U& R9 h5 C/ ~
        sub_data = []
    0 B- T* @, u% V3 |- d% I# C! H    sub_target = []
    4 f; ^0 f( K7 g, P2 m9 e  O* I5 ~    f_index = -1( l# E' N. A7 t/ ?6 @
        for i in range(len(dataset.feature_names)):
    - p/ E: F" c8 V3 m6 P8 ]        if dataset.feature_names == feature_name:; {, w3 }9 i9 @) h8 U2 O3 a
                f_index = i( L  r" m0 U5 a7 D' `  Y
                break- V/ x2 I/ [! V! P7 @) k5 x% C

    ( E$ o$ y6 ~% s$ T' F    for i in range(len(dataset.data)):
    ; y4 j" }0 A3 @5 W        if dataset.data[f_index] == feature_value:
    * K" q( W$ Z( J# W            l = list(dataset.data[:f_index])
    * V8 y0 T* P, V            l.extend(dataset.data[f_index+1:])3 N2 m# _5 u/ y) |8 R
                sub_data.append(l)
    8 e( ]: m* A4 l* \+ |4 ~            sub_target.append(dataset.target)
    / f( y0 W' W; I4 ^
    2 v  R& v9 ^! r' F6 i    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    ' x! o- B! c/ o: R" E/ o* l    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    0 C' \1 n3 Y0 I    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)5 P- E( C/ s3 H0 ^3 y
    5 F1 B$ F+ K: {/ N1 U4 j
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分& H; }% m- p4 Y
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减& i3 A$ N( V9 g" ^8 A' H4 M7 Q( J
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$: i0 K- J8 V' A6 O9 e, w
    def best_spilt(dataset):) C: w3 d+ c7 w6 C
    . [2 c+ z  A2 @
        base_h = get_h(dataset.target)
    % l# {7 W3 ]: z    best_gain = 0.0
    0 m3 W9 D* \; r/ h& r& t0 F    best_feature = None
    5 A  [5 T8 y/ }( `- ]    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    2 D9 Y, }( B1 Z( e8 h2 z        feature_range = []7 o: c. h! q0 [" n/ _. [3 G7 s4 f
            for j in range(len(dataset.data)):
    7 U, n& p: ~/ w* ]" p8 h- m( u7 w            if dataset.data[j] not in feature_range:- \  l/ h+ Y0 u$ U
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    9 |# P5 x2 v; U- ^) M: {; u0 n# l4 ]( U" \
            spilt_h = 0.0& Q% d, m6 d" O+ _
            for feature_value in feature_range:/ T5 i8 J4 f( D4 _  F; M
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    3 |* B+ H' @. \+ X0 ~  n( o$ z# e            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    & {9 f, n$ k4 B  I; Y/ X3 k- h. M7 I# n' T
            if best_gain <= base_h - spilt_h:
    2 x0 e7 W$ [! Z  }7 W% c  r; M" Z            best_gain = base_h - spilt_h  J6 n0 b+ y* e% U1 `6 I) J5 g
                best_feature = dataset.feature_names+ ^$ S- b5 E% ^

    ; p! O2 T; f. {+ U) e4 Q. k9 g" C2 Y    return best_feature
    ! v0 p; s9 Q7 ]# f) g+ p% j5 e8 ~1 S
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签. G- f; X- W/ i8 p) J5 _
    def vote_most(dataset):2 q4 n4 F( R2 h* \! \- z
        target_range = {}
    % T. U) M; X" d& M0 Y    best_target = None
    9 Q. E' @- J5 D7 a    best_vote = 0+ r4 x- [5 W# ?1 i7 @

    + b2 \4 ?! ^+ y1 _4 p  T( M+ z    for t in dataset.target:
    ( C3 |4 a  ^9 c9 j9 R* w. O+ T        if t not in target_range.keys():
    1 o# Q$ V8 _2 k+ h- q$ {            target_range[t] = 1
    - S' Z' H7 I- N' c        else:$ C: u- }# _  A' {+ Y- w8 l/ Z* a
                target_range[t] += 10 Z, F1 `! I3 p/ M; I  _

    4 }- i1 {7 U2 _& ^    for t in target_range.keys():
    5 j# X' v8 [* S! s5 t8 X        if target_range[t] > best_vote:
    9 V6 n7 B0 i/ R- i! B  U9 ?            best_vote = target_range[t]- y  O( E) I& T' k4 N
                best_target = t7 x: b1 q+ F8 x2 U7 m5 d
    3 Z% k+ m( I/ I( M/ |
        return best_target
    / p, K1 p9 `) a5 C/ S+ @8 N  ~. B4 J5 q' \
    # 返回测试的正确率
    6 a. Y" j3 |! N# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    3 ?3 \" B3 O  R3 g0 {; M& cdef accuracy_rate(predict_result, target_result):$ Z; I; g# S6 e$ t/ i" Q$ R& _- M0 w
        # print("Predict Result: ", predict_result)" B+ g- L, F2 Y
        # print("Target Result:  ", target_result)
    6 q4 g8 G7 p1 k; i3 c    accuracy_score = 0
    % E7 J+ Z! z) O* ]( y    for i in range(len(predict_result)):/ s+ k& L* x" M5 [* e& G
            if predict_result == target_result:
    ! @- A% }8 p8 `7 E9 s            accuracy_score += 1
    ) _. p, Y. j( i. y: B0 {% ^$ v0 x/ E    return accuracy_score / len(predict_result)6 ^' N6 _: G% l3 l. a
    5 x* o/ l  h$ t) P3 @. V) o
    # 决策树的节点结构8 S% \, t  J7 _& e4 W
    class dt_node:' e" P5 [4 k% z7 q7 L+ U# W
    ; w2 x! r" D( P. B# }$ k
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    6 R! j% r6 r# V  b. s5 A% Y        global nonce
    0 W+ ^6 j1 r! Z3 V; N- G        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图6 k8 y2 e+ L, R1 q3 b5 R
            nonce += 1
    ) w3 A) w$ t. r) p0 [1 M% m        self.feature_name = None
    1 S6 E) A1 o, {3 v- k# S" Z        self.target_value = None# C% ]# j, M; K& T- j  }
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签+ O- L( D7 b: J2 ?5 {/ T
            if not is_leaf:
    # H7 ~7 P3 W' W0 ~" L* ]            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名9 W2 C$ K7 Q4 R2 {* E, |) L
            else:
    + P% h4 o' j) B  j+ ]5 U& E. @            self.target_value = content # 叶子节点的标签8 ^1 F6 j' E1 {; o6 S0 A

    / E( ~/ B# G( x6 Z7 @        self.parent = parent
    1 G2 b% ~! n8 c7 Q        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值; L7 O- s$ ^* F

    % x/ E7 \4 l" A* c$ C7 C# 决策树模型! V; B6 t; |' {
    class dt_tree:/ l, ~# r& q' Z
    * K8 d# `/ z2 c0 q' n. }- z9 V0 \5 l3 w
        def __init__(self):' p: J( J% F' m4 R9 O: M) b+ V4 O
            self.tree = None # 决策树的根节点0 w, M1 ^" Q! ]  @0 s
            self.map_str = """9 J$ f5 B& C+ Y8 B" G! N1 g
                digraph demo{
    0 T5 `4 Q% E/ Z1 @& y8 i. ^# S            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    4 n3 \% @5 P" l* [            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    8 Y$ X! R+ @% H. p            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构9 w/ d3 Y( a3 S
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    " O8 ]& r! @3 w2 R% b0 L! ]/ v. Y- L5 Z
        # 训练模型, train_set: 训练集& h8 B9 }* P; _6 \1 M$ e
        def fit(self, train_set):
    # Y. v5 [: k7 o6 T8 x2 i$ @0 Y1 S8 @' n! b5 R; R
            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
    * x9 d! @: w3 f0 `, R3 Z/ i            return None
    : o4 \' |& ?' V
      F1 J# P$ }' U8 |  t7 F        target_all_same = True/ s' h, C. f5 {7 _
            for i in train_set.target:
    ; k. m1 X+ X  k3 h* `! O1 A            if i != train_set.target[0]:
    9 Z% J: l6 |0 q1 @8 ?                target_all_same = False! @1 X! r: i8 P% R' J
                    break' U3 R: [, b$ O) B  _
    2 Q1 ]4 @  W4 a: \
            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2 e# y% e1 O8 x. s7 m
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    # \" ~6 J* e7 Q' A# S* p            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    6 t5 @4 Q0 z  S) s4 m" E                self.tree = node2 W# M! e7 A. w7 S( s& h' ]; M( i

    , ]3 E; n$ x1 B0 C6 D5 U! u$ l7 F            # 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
    ( e0 u9 P1 J/ o$ ^$ W% V9 r            node_content = "标签:" + str(node.target_value): u: [, b) b" ^8 J9 D$ i; ]1 ~, Y
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    1 ~" H- ]0 ]6 b1 p3 S! X. x" |
    ' X& M  Y# D5 L- _            return node5 O9 `& q' M+ }- I
            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* h' e- O, g& _! M! |
                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
      D3 g4 d9 e2 N. p* @            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点6 o' Q$ _% n, G2 \
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    # R' u9 o# d! A/ |1 T( H                self.tree = node
    ! M+ q+ [. m8 @+ @8 E" R
    2 @- M+ ?- |0 t: @/ Q2 ]            # 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# Z# G; [" {3 }6 T, q) n# X# v$ d
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    $ [( z& L9 q: s9 @            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    ( O. e7 {. G( S5 S$ p2 b1 {/ R: r: [  D* ]8 E0 |9 x+ e
                return node) F6 ^3 t7 P4 w# f9 }% a
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点1 X) X% O- A9 i, V+ `: \
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值/ A5 v; f4 k7 L" S
                best_feature_index = -1; Z+ I# C" ^* y$ r0 M* \( e
                for i in range(len(train_set.feature_names)):) ?' D# y9 b, _' U$ {
                    if train_set.feature_names == best_feature:2 r9 I$ c6 E( H6 W" E( [
                        best_feature_index = i: z9 ]4 C( U, o+ E0 Y( O: s
                        break
    4 |: I) I6 W5 c) D1 x8 p. {8 P5 ~* i0 ~1 i) |' G) t& q8 H/ p0 c
                node = dt_node(best_feature)# V) r3 i4 f5 O1 j
                node.vote_most = vote_most(train_set). Q2 l9 w, F. k" a7 L- }. c- G
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点' P0 i+ i) R. T+ e0 [
                    self.tree = node3 R2 W& Z) M6 Y( {  r2 P+ X
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    ! H. U& I/ n0 J                for i in range(len(train_set.target)):
    - F  K' |! l% R+ _: e" V0 E                    if train_set.target not in self.color_dir:! S6 j' X& J, K' _) ]
                            global color_i
      n7 _" c: \1 g2 \, f                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]( B4 ]5 a; R$ j1 ?1 p1 M/ a9 x& i
                            color_i += 1: E1 {; k! p6 y0 \+ `) f
                            color_i %= len(color_set)/ X: G; I$ t0 V. B; R; c* p) G
    # J* k$ B9 t# W0 H- G6 b" U
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    : V; W8 |6 @. O8 r( g( H  p            for t in train_set.data:
    - U9 V! v1 b& O& `- P                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    ( R6 S% f. l/ ]& J* j9 R5 R7 @( f; Y( [                    feature_range.append(t[best_feature_index])7 C: [# o9 n9 W- f
    6 g7 Z$ f7 c' @& p4 R$ `- |0 ^
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    0 d8 K& V( s/ o4 Z- L2 h5 Z            node_content = "属性:" + node.feature_name
    & h7 `' }+ |4 _1 E: o            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    " X/ J& X2 P1 g+ {( _% S" \7 @  w7 N' @) F& a
                for feature_value in feature_range:1 \0 F; [$ D( Q
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    8 ~* |1 t& m( N% z                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    $ G7 R0 ~+ Q; P. q( F/ H                if node.child[feature_value] == None:
    5 k  n0 F% Y8 i, O+ 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6 ~" I! A' H6 G  h, `  _
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    $ |  b" [# T1 a2 D  {& I                node.child[feature_value].parent = node7 P* H, S$ L! ~9 D, E$ x; c

    % ~, {6 I$ t6 }# r# {                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线5 F: l0 w3 Z# b4 A, H
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    + u5 ?% Z+ x* C( B7 S
    ' O" W: k3 h$ u, {            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)4 m5 S9 ^, H* I! B) A- G* i
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)3 i& h7 N9 Q) ]% {4 C- G
                # for feature_value in feature_range:8 x8 y1 }6 s2 s
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)! @$ }" X# Z+ y: [( x% c! @3 K# T
                return node
    ( |; i; t& B9 d" n  F" ^% c  n  z
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    ( J9 I. P! N6 i6 X    def predict(self, test_set):
    ! h1 S5 S/ P( Q) X: J, ]        test_result = []0 ?. X# t- C" Z( U9 q% E  w
            for test in test_set.data:
    - a5 z9 X+ V) @9 |3 B  p            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点8 O: u. P$ E: H# f7 `" U: x
                while node.target_value == None:
      e6 M" \, h! T7 v                feature_name_index = -19 T) i9 X& p) m& L2 X
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):
    : o5 B2 c9 D3 W5 `) C5 u% j$ I                    if test_set.feature_names == node.feature_name:; |- W7 @2 W$ Z0 ?1 ]
                            feature_name_index = i7 H1 s! R; }8 T$ ]
                            break& ~( S3 a+ Q) v& g" S% o
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    . \  e6 {& \  S. r4 k1 q! T6 e                    break
    4 z, m' y# A: v9 ?  B                else:
    ) h+ b) q3 x" H! h$ J" ~8 _                    node = node.child[test[feature_name_index]]: w) ~$ F& p9 `; B/ c& D5 [% T) `
    $ {% u# z$ L+ P
                if node.target_value == None:1 M8 M' }) h( U" l& H9 q2 s! q' e
                    test_result.append(node.vote_most)
    : A, ^! {: A8 Q2 k( R' h            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
      K6 Q, @. Z% Y/ \  j& r) P! M                test_result.append(node.target_value)
    8 e/ g! R8 }2 x4 n7 r3 q, g. |/ [5 y3 l+ D" o' \- N8 W
            return test_result
      I; t' n5 l4 K
    7 U! p& w4 c1 x) y9 Q7 c    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    9 N% c( h% L$ q  \! O    def show_tree(self, path="demo.png"):
    ' w2 X' V, z0 Q0 W2 D+ L1 D        map = self.map_str + "}"
    " s+ C9 w2 B' w5 D! b' F$ h+ @        print(map)% H0 r5 x) C+ X
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    % r0 O6 }9 l( q        graph.write_png(path)% p% F2 e; P6 _

    0 \# o9 O) [9 q8 g% V+ m# 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1 p$ i4 ^7 P* x) d) r$ \- l
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    * a1 I) m1 A0 _' Y) ?/ j    c = dataset
    ) j  ]3 ]0 h" K    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    2 W8 S; D7 k( L7 V    rates = []
    * }" U1 A7 L% F8 z% A    for train_num in r:  r& s4 s8 \: B: l* P2 p: s
            print(train_num)5 b/ b9 h" d& h; b) J- _9 P
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    / w# Z4 b9 i% v+ C9 M; @8 h        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    ( |2 E3 C% o, b, k, A        dt = dt_tree()
    # X$ J' ?3 M) O% I( e        dt.fit(train_set)
    8 ^0 d' a" ]$ j$ _5 x        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))' F, m% @% _- d2 d# O

    5 E1 V+ c6 w$ w4 d# d5 l1 n# q* h  |" Y    print(rates)8 g2 i( s8 S$ @
        plt.plot(r, rates)
    ) ?$ h7 ~! L* r$ x" E% t  J    plt.ylabel(label)
    6 b* q/ C+ T8 O0 q1 J6 n4 f    plt.show(): U+ B& P- c0 Y

    ) i2 t- p2 w# Q) r; iif __name__ == '__main__':  K( H& w8 k, D
    ( ~0 f: b2 {8 A# u6 s
        c = load_car()  # 载入汽车数据集! N' j4 g9 x8 Y
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    0 [+ x1 j6 q9 ~7 j* }3 T$ o    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)6 G3 I. T% p2 w
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    9 P+ o6 y6 E) F- C8 G    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:]); ?5 K" U! |& {; s7 K" l
    . i8 T0 W8 c; V2 p; A# [
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    : _" t- P' A! o7 F4 W# P% S) }  I    dt.fit(train_set)  # 训练- D* Q. O: d  ]7 W) S. q) R
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片% R( g& I8 Q( W" |5 `9 \8 d3 O* i
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    & r, @0 f" [( e0 K9 t# E$ V  Q, Y  G- H# c1 z' d( M# p8 `
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")  s' i  V7 t4 b  k( E8 f, x: k
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
    ' u6 y& C1 w* I4 b" r. i
    + E: v/ L  r: g6 w7 L! }$ H) D9 w: D1 d9 V% r- R

    + R5 e' B1 M& s8 t% P1
    " d- [9 a5 v0 D$ D! R! A6 B2
    , _+ ^5 K5 R+ I) y* D" B* K9 U3* \. ?7 }: T+ w; t
    42 Y" u" `1 G+ I0 {# Z& u
    5
    , L8 c" T, y0 J6' ?6 y& v. H. j& {
    7
    - r" t$ O  D: q& ^* j82 l# v; m: N- B5 f: L9 A+ y1 z
    9
    % R/ j$ v$ [* ^10
    * T" j+ E; k/ ~2 S' q11
    " j/ ?- g( C; `" C, H/ }12& @. _9 U* x3 `6 J
    13" j6 W9 o2 R- V# W
    14
    4 J9 f' k% k  ~7 E) g15* d3 ~, W" \! d
    168 j/ P2 t. L- K/ Z6 S: ^. h
    17
    ( s, i9 c4 G  `3 l18
    , t$ i# a& |: B! ]1 B7 V19
    3 ?* O( Z- M+ Y1 a: C) S: F& l4 @20
    5 I& G+ L" N2 x' u3 \21; e0 K7 }3 L$ `- y8 s# p
    228 Y: w% a0 U" h( S- N2 {
    23
    ) p$ Z7 k- ~: u/ T# ]24% I* P# q% m# o  _
    25
    1 D( n4 n. w# z& [5 o26
    & c) N: i# ~$ l" c& t) @) {27
    : g% S. A3 P" f! p4 V28
    . f5 G6 e( d$ [4 U1 _29
    - q. E% p' e# x% n  |6 t6 \30
      u* c2 ]! V3 ]8 Q6 e31  Y1 Q! {' M0 f5 E: ]% }) Y/ a. B
    327 E" l6 X+ p+ V7 H0 Z6 A4 ]# V
    33
    ' `2 q1 d# c: I( \3 X, q34, t8 [# \2 o; S9 f
    35
    1 V$ Z' q6 Z/ q% p' G36
    $ F6 T' V- R0 f, k: |371 {  l0 \/ t3 I5 l! Y
    38) v; M) ~, q+ ?, K
    394 }# c4 B$ Q0 W7 P' S$ V7 e
    40
    * J4 t4 m6 ]" {41! _. s5 [$ j4 S5 Y
    42
    & K2 L/ y3 B& k439 T) ?3 e; ]4 p8 k6 O! u/ c
    443 U$ o# b. t+ x  u, k$ H
    45" \: n8 ?! H# P& ~2 [
    46
    " `9 G( Q* D5 _5 R$ \) p3 z47- a" Z( _" C4 p. G: a/ U) W! w. x
    48
    , [$ V* f/ P1 F. b+ {9 p4 ~49
    - T1 s2 D$ m% z50. A0 O4 \% A. a: k$ C, N
    51
    : C3 E) K1 C4 o0 N9 X" ]52
    . R4 q% G1 K1 F6 G2 v53
    , G. W3 x* t1 N54; ?9 g9 ]7 }9 M; b# ?/ C5 \# m
    55$ {7 F0 {7 t7 v0 V/ l  s3 ~
    56
    ( U8 ]4 I+ K6 R( g9 Y- ^57
    1 ^, f; E: [, v$ w6 c0 Z2 ~2 P! j58! @4 ~0 P) N5 t4 Y
    59, l- T+ p( G9 x5 h0 [" H
    604 C3 k' B1 q/ m9 H+ Y
    61
    1 v- E6 ~' `! e; Q8 q/ _1 @+ x62
    ( z# Z/ X: t$ B* f3 D634 Z" w7 ?% e& J
    64' ^& x- ^' Y; j1 e9 {4 X0 N: H
    65' e, p- Q! o" S& _! Z; l
    66  v1 L3 n9 ^. Y0 i* H
    67' S; O, y: p8 z  D
    68
    8 |4 T% H" u6 k+ X* F6 C7 x$ u69
    ; P# j1 |8 y( j9 O% f! V6 O5 n70
    - {. n+ ^4 p6 u; w  U! M1 z3 B71, |* S# a' |% W8 E- v6 W2 r
    72$ C* q0 ?4 d+ b- w( N, D
    73
    * b0 z) @' r2 F74
    # T" |& ?) W' y+ Q75; G8 S7 n0 E4 v( Z& T2 `7 ~
    76) S2 z; ~- S4 t' x5 p  R" I9 k
    77- ?7 D, o% ~8 \+ I  x
    78, H* I, m  h, Z) [6 ^
    79$ i1 v! [  j8 J/ L( h
    80! Z4 ^) {0 k9 x2 P  s
    81+ g' q- Q$ j  y6 a& s5 S4 g0 V0 z6 z2 w, w
    82) m; z/ t3 G7 J$ B) _- h' d7 T" d
    83) }, m+ j4 l7 ^1 e; v4 q3 c
    84
      Y- x3 p2 K2 b850 E4 m- Y# T  O& M
    86
      `$ W- P* _. X4 W$ x1 c: h8 p87
    ! C* X* v- i* Q+ x! }3 y5 H880 C7 t8 h8 t: R1 p2 W
    89, V& j' s/ K1 Y7 ^2 p" w$ J, g
    90
    8 r, ~; T' a4 d5 _; A7 Z91: W* B0 M) {9 j3 c- p
    920 z: p8 h# {9 Z$ L& c
    93
    , [: ^4 ]- d9 z9 t8 h% J. F" H94
    5 y% i! |! ]. `4 w$ `3 y95
    + \( r8 q: ^4 r; S3 k# I96. v7 C" l0 L1 w1 Y# }) T" C$ `
    97
    ' D: r2 U' D7 Q# d2 `7 @98
    . n; K8 T( n$ g7 r3 ^- S9 {99
    " ^" h# ~- ~  k$ Z4 P100
    ) W* ?) M/ @6 W) Q0 u& Q2 {101
    4 ]9 f5 J( L: |/ F$ T1027 d/ Q" g8 \0 f4 \! O$ d
    103
    ( [' y: s' J+ s5 C7 I' R1044 W6 u5 `" p8 Y6 q0 V
    105
    % ^6 X( x4 L' H! ]9 f106# O4 M* `) F' n: }: T5 q
    1078 f6 r' |9 O% X$ s# P7 w9 S9 V
    108
    % d, h4 j. o0 N3 w6 N9 v1096 h$ [; F9 j, ~2 g" A( L
    1108 }3 t% x( ~2 b
    1114 `/ g8 R# m  W6 l! G! e
    112- w8 }# R/ O9 w# v: F) `
    113# K% [5 z5 n6 d  ]
    114/ f3 Q- s: s$ }3 F2 B
    115& _; i: ~: ]  P# G2 a- l
    116$ |2 t" z: I1 |  W# U4 c7 k3 q* I
    1179 H/ O4 H1 n# K, ^5 q
    1189 E1 p7 c3 ?$ |6 v$ {
    119- z, P' x9 |$ w5 j0 h
    120
    , d  Y" S9 r$ a) r) `1217 ^# `2 @' w/ L$ l% U. P# p9 E
    1225 ~+ `$ x! D% @! y0 w1 B+ Q, t+ f
    123# g" E( D' a3 |  u
    124
    9 L6 u5 }; W$ q4 Y: a125( w/ m, c  ?5 Z% q
    126  z6 h3 O# T4 l3 w
    127
    ' A2 G: l" W4 e. f. D128
      _0 U4 \7 q6 i! Y( p  c1293 }  k9 N  ~: r0 R6 F: j% e
    130
    ) V2 x" N) u& N5 u* r131$ l& ]) L" w1 ^5 z2 g4 e
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