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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! m* T$ Q2 t0 J: w" _% I
1 G$ }( D1 C6 p/ j
决策树模型
0 X% ?" m0 K# D目录
5 E0 q1 o4 z6 V6 J$ Z人工智能第五次实验报告 1
% i p- z7 h Z% z+ I决策树模型 1. |! x' p- r0 Y
一 、问题背景 1
- @6 `# ?4 x: P a( H1.1 监督学习简介 1, y& m) Y: k! ^; G* ]
1.2 决策树简介 18 t, ^! S- b8 b$ w1 T# N$ y
二 、程序说明 3) z! d e; f0 B4 \* I; P
2.1 数据载入 3
0 P% q$ [: `/ Y6 d* {" A; C& m9 W5 Y2.2 功能函数 3
9 _5 h" j5 e$ h3 |9 ~: h2.3 决策树模型 4
. ` S+ F3 D. I3 }) j, f. J/ M三 、程序测试 5" ?, i. A/ [) I& f/ P
3.1 数据集说明 5
+ K3 a1 N/ t& Z; Y3 ~$ r: j; Y4 J3.2 决策树生成和测试 6
; R5 k/ Y: R' }3 A$ J8 K3.3 学习曲线评估算法精度 7
; A% y/ |& I7 m; e! N! y四 、实验总结 8
: ~2 Q7 w, g, ]附 录 - 程序代码 8
. R* _$ q, t9 K3 M# A一 、问题背景
: D% _- K% B+ r& a( A5 D0 W8 m1.1监督学习简介
9 ^" x7 e7 D' H/ F: 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。
7 ]* }' @; D* d2 v0 Z/ r6 M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。$ m( T2 j% A- @& i0 [+ t0 c! o- y
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。4 ]* r8 X( J- N* ]& \
1.2决策树简介$ b5 W5 P" i( o ~& o
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。0 L5 m3 j0 R r
决策树的组成* M4 B* X# j2 i, ]1 A5 g( V, w
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。+ u8 E* M' h! F' j
8 C" B0 h% m2 h3 W9 Z
import numpy as np
9 t7 f. j9 b* k* p8 X" N3 Hfrom matplotlib import pyplot as plt
# `1 W+ s2 I3 q. V. H d& ~from math import log
# G G e3 A7 }; o- h* ~, u) eimport pandas as pd
# |& S( a% ]/ Timport pydotplus as pdp
* q+ x% u2 t9 T5 n2 n2 |4 [' U$ C9 d2 t2 s% _
"""3 d: Z$ ~. m k5 ]4 q
19335286 郑有为$ N; p2 F7 T( m. B9 Z* Y' E$ w
人工智能作业 - 实现ID3决策树( P. u5 T* D# u2 I9 O/ J2 J; u1 U
""") \8 X; t/ O7 V. S/ D' F
, |/ F/ l/ T5 K* h- m1 Anonce = 0 # 用来给节点一个全局ID# M K+ ^5 n( g6 k: u3 ?
color_i = 0. F5 a! U; s5 f9 N2 z
# 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
: X! v7 q8 m0 I* O# C5 A1 ]$ Gcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
/ E8 C, F* E& R% F j4 ?+ |
& v5 W8 @1 q9 `3 W. ?# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买7 T3 j8 U& @4 R3 X7 i7 z
class load_car:
: U, N% N. z, [! d5 I4 V # 在表格中,最后一列是分类结果/ |4 R" @7 s* K
# feature_names: 属性名列表+ z+ t+ f# s* g- K8 U c/ z5 D0 F
# target_names: 标签(分类)名
) m: P8 J# y- X" ?9 j* j # 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) ?3 L/ T$ \9 ^6 {
# target: 目标分类值列表% {( h- v, s) G
def __init__(self):" ^2 ~7 L! s e" ^" j
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
( S Z+ q/ w5 M: Z: n labels = df.columns.values5 k4 P/ b& T0 p( s/ f
data_array = np.array(df[1:])# B; b4 e+ Q: o
self.feature_names = labels[0:-1]
( U- t( c3 T' o, Y5 Q) [; v3 o' I/ j self.target_names = labels[-1]
6 Q5 ?7 Y0 R" } p self.data = data_array[0:,0:-1]
6 I0 V6 b4 g. w6 g$ e9 @7 s5 G self.target = data_array[0:,-1]5 s5 b( Q3 k1 C8 g. v
* M# H C, P& y% ?5 N5 X) S5 ]
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
5 t- \& _, J8 J' cclass load_mushroom:
% T; k, i, f+ a* p" R7 l7 ?# b# O # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
( o- W0 p: `9 s/ ?$ p* r- _) v # feature_names: 属性名列表1 W: _( p! S+ Z
# target_names: 标签(分类)名5 n# D6 A, E$ n7 l& T+ ?
# 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 Y2 @8 c' r$ Q6 g" g # target: 目标分类值列表6 A2 I3 K& i" d# S2 X5 r
def __init__(self):) \2 L1 _) {3 P& D
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
R; L! a. d8 r data_array = np.array(df)
$ X& N1 P) ]( E1 `3 C labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment", Q. k7 T$ U: H- }) Q
"gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
C2 Y! {3 I& O "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
. n3 `: O1 m5 u ~; U, ? "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
$ L& B6 q/ {$ I self.feature_names = labels[1:]) D6 a- l2 k+ B8 ^! U6 F
self.target_names = labels[0]
+ u: C' I8 p o c0 F* b: w9 u% A self.data = data_array[0:,1:]
( A& h2 e9 E4 r9 U) N/ m self.target = data_array[0:,0]! F) `/ V6 V9 |9 c2 b" k7 x
5 U; N! u5 m7 d7 [) ]
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用2 M* x- | |% P; @# J; J
class new_dataset:+ I3 F! `* e2 M" |% I( V7 k
# feature_names: 属性名列表
2 q7 n2 a0 V7 V8 J5 e* u! H% g # target_names: 标签(分类)名3 \% {% x/ n( H; y* w
# 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" o3 t7 K& L4 o6 x1 I$ s8 Q
# target: 目标分类值列表( [% O/ M( p2 {
def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
' P4 y3 ?; H, a: v& \ self.feature_names = f_n: b: ~# {" L7 S/ O& Z: Z I
self.target_names = t_n, @" f% x4 v) G
self.data = d
/ k6 c8 x- L) s' f, d self.target = t
! h4 e% Y9 Z; h5 l6 m. y- N* k
& x9 U6 c- J. ?. k( l# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
q8 `" o0 |! p% W+ _$ l. f# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
) @! j$ i9 Y( U$ n! S4 n% b( ?# target: 分类结果的列表, return: 信息熵7 l- _" }/ L2 T
def get_h(target):
' B1 {+ r* k- j target_count = {}
0 [; p7 v m9 c# s4 i$ j for i in range(len(target)):( j: `* V) s% K1 Z# b' F$ r4 z
label = target- _8 ?) r H. E6 |# @+ |
if label not in target_count.keys():
; j& u8 L- K1 o v* [* `% T' @5 c target_count[label] = 1.0, e, J, ?7 @ m, |8 g8 \/ Y
else:
4 T+ J" Z" K4 m6 K: k+ ]% G target_count[label] += 1.0
; f h7 [& K; Z, Y% } h = 0.0
: i; l* D# t* o for k in target_count:
3 b9 C" P9 }- R+ `% j/ o6 v p = target_count[k] / len(target)) R: v- K* F" H. ]/ V
h -= p * log(p, 2)
8 ?6 Q' W1 f$ {0 k: t6 U return h
4 A8 ]% N. o* K& w! Y' Z4 i) T' Q' d0 B/ |
# 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( x# K( B( O) K
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
: l$ R& R, _' p4 k: i7 I8 qdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
' P/ F# J, ?: N0 t+ g' ^2 _ sub_data = []
, Z1 _2 c r7 ~6 Q# y sub_target = []
" G( t6 }: _* ~1 `2 m& E f_index = -1
' ]* G: U B4 M4 i for i in range(len(dataset.feature_names)):
* G/ O5 d' N5 C8 U) t if dataset.feature_names == feature_name:, r" b$ ?/ G0 [" a0 T, p, w
f_index = i+ F9 f- {4 H; s
break, Y3 F* ?7 G# V6 W9 S
, X; k1 o T) v" i- T: s; o ?3 J* e for i in range(len(dataset.data)):8 u4 R) Y, `4 D6 _. P: F& ~
if dataset.data[f_index] == feature_value:2 I+ @5 N" G# x! N7 i6 Z1 `6 w# V
l = list(dataset.data[:f_index])/ X9 X0 T- R2 O5 m6 M8 c
l.extend(dataset.data[f_index+1:])
! k5 J! ^0 S4 z sub_data.append(l) `: }; q! D. w' P
sub_target.append(dataset.target)
" F- g6 G( B5 v4 _ w
1 m. j" x( a9 t/ c' J4 ~ sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index]); i# d2 ?2 ^# h
sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
% o, e+ A! A# v' ~9 F$ A6 f7 ]( t. x return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
# E: _' C! h' L& w# c" K+ f: P3 b
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分4 ?0 ~/ W6 n: D2 E W. o6 X
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减0 X5 B: C0 D. V& o) p* t
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
7 Y. u( ]8 c t& |, Ddef best_spilt(dataset):
- a& W1 K* H7 `/ N) C5 {/ A4 c
: `* Y: D# I! B& x' C. Y; T base_h = get_h(dataset.target)" a3 n5 t: G) L
best_gain = 0.0
# A- y) `8 @ y" q best_feature = None$ r, P4 \* {3 Y b; T D
for i in range(len(dataset.feature_names)):
1 d) }& {" [% p feature_range = [], E9 I$ Z; ]7 \ _3 q3 G
for j in range(len(dataset.data)):7 V4 D, n( H7 t- B2 D; K
if dataset.data[j] not in feature_range:
/ [. j6 G/ K8 B8 w$ S, }: K$ r feature_range.append(dataset.data[j])
0 p8 h* j% F' D$ d' J7 T3 ~5 j( @& z9 k5 Z& O% g' I* A/ W7 U) X
spilt_h = 0.08 x: j! Q5 L4 U) B% H
for feature_value in feature_range:; N9 y0 W: L4 _# | m/ o |' U
subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value); \; \# J: x% V+ ?% g% A
spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
+ A7 q! T) t, h* f8 X5 e, q
# o' h# Q; s( m# Z9 U4 u if best_gain <= base_h - spilt_h:
' r0 ~9 v7 j, Y& L2 A' R best_gain = base_h - spilt_h
2 L) e2 n* G- l- w& I+ c best_feature = dataset.feature_names
; K4 K8 ?& `& \5 S6 U) I, z9 r5 c/ Z# K: i4 P( j* S- A% E
return best_feature+ i9 [+ V2 P3 S9 G7 L( J
. P$ ~; f2 ^: H, ?7 U2 i
# 返回数据集中一个数据最可能的标签1 O4 l1 b+ V2 | u; m
def vote_most(dataset):/ |% X& z' G, r6 Q2 V& C
target_range = {}
: u+ m9 ?- y" r2 A, t v best_target = None& @% X" K) f) I9 E; b% t: V2 B
best_vote = 00 S( g" a& v! \& W. M
5 n5 v0 b' r4 D0 q) \. E
for t in dataset.target:6 `/ x% X0 N/ F9 y
if t not in target_range.keys():
3 L9 x5 E9 b1 f* v target_range[t] = 18 K& @8 q) E0 l, t* W
else:! M6 y) x' r" J+ j
target_range[t] += 1
; a, Y* A" o$ C; a; l2 B
$ k9 h% w' p* I7 s for t in target_range.keys():( c: b) J; C) B" z \0 n1 y. H- |
if target_range[t] > best_vote:
# a" c& K0 r- \: o) F% C best_vote = target_range[t]
( ?. k; g' N4 { best_target = t
3 x$ Y1 c" t0 V; O Z2 H' D" S \
$ Q6 b; f( O9 q% ?' S0 z3 b' E return best_target
, O$ v9 W8 Z: a7 L4 ^1 j. k
1 {; l( W( S! S' @/ t# 返回测试的正确率
{4 O0 E3 P$ ]* p( Y" _7 z# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
, s3 {. b; j H+ |7 Wdef accuracy_rate(predict_result, target_result):7 |* u3 A; k, X% E: r7 R- A0 V& z
# print("Predict Result: ", predict_result)" ~) H9 o1 s- I/ m5 e
# print("Target Result: ", target_result)
$ J7 L9 F i d; b% G accuracy_score = 0$ `- u& w; H$ |# c
for i in range(len(predict_result)):
5 [4 g9 J% G# F; W2 q" } if predict_result == target_result:
6 v, U6 o5 h/ s: Z( O accuracy_score += 1
& B [9 U9 o* S2 N; h$ }: a) c return accuracy_score / len(predict_result)( I& S+ w1 L! T: S6 n, U
# H* c- t) }" O, Q4 z# 决策树的节点结构
+ ?7 L/ r. o3 F' e/ F8 hclass dt_node:
: D4 O7 ^ a8 B5 L$ q$ z. }$ C! F7 y1 h
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):5 _/ R, @) X+ v+ r: a
global nonce w+ Q* h) r) B0 U" m' x/ R
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
; a C5 O( [5 P; ]8 E nonce += 1
) s8 C1 \' ^ x6 }4 c self.feature_name = None
5 S' Y o3 k }1 \2 M- m8 x- w self.target_value = None& |8 R( m; w# d5 i
self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
2 w/ D; t; N3 l* [* r4 {7 J# u if not is_leaf:
6 G7 q4 L k4 X self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名 I2 H0 ?4 _. ?9 H$ Q; S, t
else:
0 J* v& a* l/ E+ U W" } self.target_value = content # 叶子节点的标签
, a$ p& L% d( e% k
o8 O4 v2 ?: a! M self.parent = parent2 @6 X% C$ m2 r
self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
1 x$ p% l) J! a' j9 v- Q& ~/ B/ y% [* V2 c
# 决策树模型
0 T" [, a. M( u$ j2 b. I/ _+ Oclass dt_tree:* _( t/ X% m0 }3 [9 b3 r8 k) P
! j$ Q! v1 Y% S% s1 `3 e. } def __init__(self):
. m: s/ n1 Y0 r& k. \% s self.tree = None # 决策树的根节点
; |$ q& U0 |' w- n! E0 m self.map_str = """
% O. p/ [, l8 Y# U' X! X( N digraph demo{! k2 ^2 M/ A7 z$ l. M
node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];, e( r. e8 |% b$ P: @ W$ D `
edge [fontname="Microsoft YaHei"];
" s8 O& Z. ?8 m """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
7 Q' O3 J1 w; h% l% r self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值/ ?: S/ B- n% { N
5 B& Z9 g. g2 ~" ]* l) z8 V1 `7 O& K
# 训练模型, train_set: 训练集& U* ^, A; x, n/ D: a1 {
def fit(self, train_set):
4 W& t* e/ K( L
, t0 x* _- @0 V& L" B' E" p 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
: E$ o8 o( J8 X8 W return None
/ K3 s, t5 M' E+ }( Q7 k) `0 {( T" e' U6 K4 X; X4 n7 I
target_all_same = True
$ L* l$ ~6 h8 @4 o for i in train_set.target:1 n7 t+ z1 Y7 A0 U- i
if i != train_set.target[0]:* E1 o3 r" w8 Z/ w3 c
target_all_same = False: o `5 Y+ Z* p) a% H
break
( b3 ]; {2 n) q4 V! U, P
2 G5 D" {- A5 a' V* ]: G; k4 j 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
: Q2 b# y" B' S. }/ Y/ e0 ~ node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
1 ?$ J! L. o& O5 C' P" }/ U if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
9 d; d4 v$ F. U, @* p8 p self.tree = node; J. U6 Z' V0 N+ C& B9 D) a8 p+ h
- w9 f; V% V# k3 h; N M! i$ x0 Z # 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) y& r- P2 O( i) L2 d. t8 j9 n
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
4 E# Z) D( i# V" m9 O* V self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"2 f4 n z h P3 p
1 [: [: I7 t) m( j* P) X return node# G: \( o( X5 D, F, _' B/ c; Q( T
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
6 n* q# A2 y* O( J/ z. b. x1 N 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
# W/ V# E& m( C- b( H7 ^ if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点% l/ U) V, Q2 R
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]4 v, g/ H2 N" j* r) z( C3 i
self.tree = node) Y6 B, S0 c ?3 f! f
) M0 T3 X" j# ^& w9 e
# 用于作图, 更新 map_str 内容, 为树图增加一个内容为标签值的叶子节点' x5 r. p4 ?5 A& `+ ^
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
) n9 t' @2 W t7 [# {" l- s7 N self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
' V( Y7 C# n4 _; u
j5 v8 U i8 \% a: P4 K) ^ return node6 ^3 \" U' G ~8 b+ M
else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
7 ~( ~5 y! K5 i' l: p# u, C best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
0 i9 I, n) p" Y) j2 i# F best_feature_index = -1% P% g( J4 r( [/ D8 s& L' {
for i in range(len(train_set.feature_names)):8 g' d" X4 Q }9 g& s `; T% _0 w6 i
if train_set.feature_names == best_feature:1 L3 K, I8 V* J
best_feature_index = i
' n: @& w N, K- U( t+ j break
9 C2 w- a+ m" | J" Q: {1 |: g: X% {6 n. L
node = dt_node(best_feature), J) _! t6 p% F0 T3 |+ u
node.vote_most = vote_most(train_set)
; y. n- r! F( \+ P5 f1 p if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
, O0 T; @. P4 r6 M% a* c self.tree = node
2 u2 O9 d4 [4 j& x2 Z2 F z* ` # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色; X: y9 o2 d5 ?, v( {
for i in range(len(train_set.target)):
8 d/ }0 d2 {2 \ p if train_set.target not in self.color_dir:
4 @$ F. t- \% A global color_i
9 l8 {& S9 l! d. K, c8 B/ H) K+ e. T" G self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]1 p7 r" l3 b% q2 L/ s( D) m1 C
color_i += 1# Y8 e* N( J, U+ q# v4 [! _
color_i %= len(color_set)
' u/ ~5 z4 ^9 m7 j7 a+ x. [/ f6 K5 K$ w8 f( b b/ h' F, z8 w
feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值( _- ]/ ]7 G @5 x! f6 w
for t in train_set.data:
% G) `* t4 M7 r if t[best_feature_index] not in feature_range:: M9 U. c5 T5 b3 U; c. G! J$ k
feature_range.append(t[best_feature_index])
9 S b3 p6 [/ w
+ w( s9 x' h( U # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
- l; {. z/ s. l# ?- d node_content = "属性:" + node.feature_name. F, ~, G2 t& V, v: _ I
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
7 }5 P8 B1 j, q/ m, d2 u; u1 O9 F! y+ e9 B2 G# S% k) v7 V
for feature_value in feature_range:7 `& I7 ]% N3 d: S' j9 X* P' _3 h$ h
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集
t. l* e d1 x6 z' i" o node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点
( `# W9 l. v6 |2 ~6 Y0 V Z if node.child[feature_value] == None:7 }+ c1 W7 [8 P6 T' z
# 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
F) W) `9 k6 X+ s. d8 ] node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True), A( I0 P9 I( B- D! z* a
node.child[feature_value].parent = node/ `& {4 o$ D) i% o7 i3 R, m5 D& @
% i7 a5 @" N! f6 E; q
# 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线- x2 L t+ r, J& y4 N* e, X' _1 }
self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"5 J3 q# B& v i- N
7 p. k8 A3 T* }3 d
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)( S5 O M; j" g
# print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
0 e1 s* R* E( S3 p2 R5 Q. F$ y # for feature_value in feature_range:
+ M j3 V( s/ P/ L( R" d, l # print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
' ?% K: N- _2 w i: F return node
; m1 V* z1 f3 K" y, f* E6 h$ D+ R/ v
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测3 N y# B \5 [' F# _& i
def predict(self, test_set):! ^9 E" S+ q$ d& f" ]. @( t
test_result = []
t. z& q$ i8 O- Q( N for test in test_set.data:& l2 y [/ ^1 N
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
! ?( l* n- ]" U% ~ while node.target_value == None:6 ~# l) V3 }* r: \
feature_name_index = -1) q2 G) s9 T# Y( u+ [; q
for i in range(len(test_set.feature_names)):2 o0 d9 G8 k1 ^/ p O+ q
if test_set.feature_names == node.feature_name:
5 J5 W8 p# }3 p* T h% E, L feature_name_index = i) ~3 H9 h2 D. `3 }& Y
break7 O2 {. p" o/ g( l% X% W
if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
1 b& t3 K/ G" i break9 o! r: Y% o; f) `$ @ [/ h0 m6 V' v
else:+ Y% j& H: N' W6 G0 }
node = node.child[test[feature_name_index]]% q K& e( t$ c& H0 F; u
$ J2 x! H- W8 Q! f! w if node.target_value == None:
1 @( y1 x! r* r. g! M+ Z test_result.append(node.vote_most)# j; y) u G' O7 `! Q! ]0 o
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2 _% _" Z+ t) t H+ }" W
test_result.append(node.target_value); ^6 x* r7 Z P: q
) D9 `% F/ o+ L1 N
return test_result5 w1 t V9 H8 q* P/ \8 x: m
4 @; `7 D& F' H* Y9 \( P
# 输出树, 生成图片, path: 图片的位置+ n/ G% k/ K% J
def show_tree(self, path="demo.png"):
1 S: W7 N$ F B( R) a map = self.map_str + "}"" p* |7 N4 ]: X2 {$ q. [$ ?; |& Z
print(map)
6 B4 e, N9 l1 |* g* Z: e1 F/ t% J graph = pdp.graph_from_dot_data(map)8 K6 t1 r' L [% K
graph.write_png(path)- i- l! o0 u& V9 H
4 \6 F o1 j; R3 U8 U7 ?- B# 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
9 ^! ^+ Y/ U& e6 u& V1 edef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
. w, ?9 X M) i/ K- h/ q+ d8 T c = dataset# m3 K, [1 W8 g. O
r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
( v. s h/ Z. O& p; {" K rates = []* Y/ M) x/ ?8 J8 y5 m
for train_num in r:
( W+ d3 {6 v2 V1 ]' f: a' ] print(train_num)
3 f" |0 \- [! }6 T7 f" |# g& } train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])9 K8 I ^+ W# T+ D
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])$ y" i. R8 j) t& e. c/ i6 Z
dt = dt_tree()6 D6 I8 Z1 X' Q0 Z; C
dt.fit(train_set)2 z5 u, w! F% G/ e/ M9 j z2 i- s
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))& r; W5 x$ u, l* A' F5 v+ M4 d
" B: y, |$ l! l! T' |2 N+ G$ S print(rates)
! G: y, g) e' p$ q plt.plot(r, rates)
2 i8 [1 M! p' W1 F+ |7 ?: Y+ W plt.ylabel(label)
, T: t$ e' T0 L% g' f plt.show()
* \$ m" i4 h, D5 @, M& X, I" h% N! d' \
if __name__ == '__main__':
2 C7 L0 g! U/ y. U# m4 s, s) X1 ^9 B! q
c = load_car() # 载入汽车数据集
5 o' R; H8 ]) ^: m # c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
% ?2 F8 p- |6 V# n train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
, D6 y7 j1 {" d. S1 D- y4 Q( r train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])0 ]& W0 K8 P/ _/ N3 e4 O" Z
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])7 \! q: j: ^; \9 Z
2 b/ Z/ z f6 H. G! @: _- Q
dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
& Y: Z% H$ H& b* ?! W& ~; a% a dt.fit(train_set) # 训练
! a. s/ e% W+ c- c& T# |7 u( A dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
, W. O' V) c1 C& \& j- h print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧- e' `, x: I7 Y+ {2 y5 h4 D$ ]
! z, i6 A7 \3 a, D0 _
# incremental_train_scale_test(load_car(), "car")1 ~3 K; L8 U: C& o# d S8 ?
# incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)# S8 G+ E1 f/ h6 q( {
2 [' |# U$ T9 B/ ~3 G" M7 k
) N" [3 h$ @7 ~) k, b
, G4 S) s% z$ ]- a, b, M ~: R1: g1 b7 A6 B" ]2 g0 z: z% I
2
~8 {1 H- b' l30 q& E3 p/ h. y3 k* p# e
4
: \4 t- `3 l7 a' ?: Q" r5 u4 n/ U5
- n; p7 S9 L$ v6
9 `; w( n- Y! e6 X' R+ Y# j3 H/ E7
9 S# v. o! t; ?' B) {86 w" u8 b3 Z+ S7 t- B8 Z2 n" c
9
, x. y! m+ L) a" P; Y( i10$ A3 r& F8 p( H1 ?9 A2 W
118 o, z& l2 V/ ~5 m' B5 q
121 E P+ e! N( l7 Z2 _
13
$ y0 ?0 G- Z( h9 z14
5 {6 B) Y) q; ^# m, h. w! J1 O15
: G& A3 l; e: E. z3 m! u" ?9 x16. H+ _& Z4 K% e a
17
_/ F' c7 C) a' k18
9 a; b% R3 u- u& i5 g' b19
6 V2 D0 A4 |' e. U5 b1 a- N20
; D2 J2 [* N8 O216 E& f, g7 `' s5 {* ]* P
22
! q7 l. T0 j2 g; Q2 r' v( c231 m7 N3 O5 R0 X+ f0 Z$ u, c
24
: _7 l3 ^! I) K/ k: U$ |% V25
0 Z3 U: R2 c3 H- o( o L26$ g' o. b& S/ O7 ~( E6 u, C
27+ P" o. s) Z& y2 S B5 x9 T8 \
28
' O5 v/ Q3 @. Y* ?2 s; \* G297 j8 W6 o+ q4 z( }
30
' L1 V5 ^ t7 V% S7 ^1 D0 P4 n" W318 U; n) S8 j, p/ i. {
324 C: T! T4 p1 h* V. D0 V5 I
334 Y/ o8 k2 r3 G# s: n8 O, T2 d
34
4 t+ B# `. Z2 K" b% N9 z358 `- o1 l7 N4 s5 E7 a" p! [" {' w
36
. K. L9 ?' b$ a& B0 ]37+ y$ ~3 ~+ n5 z
38
9 E/ J2 u7 ?, L* i39- d5 I9 d9 h0 Q: M3 X6 w0 E
40
* u: D5 C! {( j/ n41
9 ~$ @- E; ^0 E' Z. Z* ^429 C7 r/ b) Q$ U+ f% n& c
43* ^1 r& s3 `# o0 N8 q, J* Q+ L
44( A" G6 C5 N" e A2 O
459 N; S" j+ x0 c+ W o: F
46
/ N" K% x4 n! ` B! q8 I470 p. ]7 o$ b! V/ ~" ^
48
g* N+ r: n' H+ m49# t; [9 @& j* ^# x
50
. J1 \. w- r& J0 D2 g9 S P$ B" t51: U( A% I; z: }, w# b1 J
520 K3 c% [/ ?+ _0 R: R5 s, c
53
0 A& s$ I( ~8 u) P' n) \54! {5 X s" O' k$ _3 |8 {
55
6 ~2 E, Q6 P$ I56
. r' ]$ h- p$ N' t1 [4 U1 N573 T1 U2 ~" h6 C E5 p" Z% ^+ @5 |- ]
58
/ ~" ?# f* L! d+ C590 t3 {* A" `/ `& Q# B2 @
60
" J" X6 G3 H5 T1 o. }2 f' ?61
" q) q0 K) b; _; F1 J G( S% E62# T- u/ e) q3 F: r# t
63
$ E$ x; u, t! Y% I2 Z64" j- u3 A ?0 Q
65
" S* |8 C1 T v( M66
, d4 C" ^2 c2 A& h% m4 v67* \, a1 u, W( Y5 w! K% K
68( T; [2 ?4 g) |2 o$ _" o4 b( s9 B o
69
" p" x, {8 ?5 Y705 F E* C6 E8 N9 l+ }: b
71) O3 \8 u3 G" G4 C9 K( K2 S
72
+ ?; f" n" B' i( r8 k739 H6 l5 S2 |: d. s2 c
74
* D- c7 q6 i' \& K3 L1 R6 L759 t2 {; {) a! c5 R b
763 x" I0 o1 n6 j7 a2 ]
774 E: W+ a: c' {
78
( A4 s' h& [! A& v% P79 n3 t/ E1 C. H+ ~ T; n2 ]* r
80
. N; l% M9 Z$ v9 H81
- b4 p, Z* u5 \0 E* Y1 M82: L2 I: D& p! G7 \. Z9 m. F( U
838 }5 j' A) Q; T% f+ n5 a2 N
84
' y% ~( D0 G' L: E7 U. P" V7 d85
( J( v( r, Y7 R$ u. h% h" o86
0 e+ @1 V2 q2 t6 `* x& I5 ^871 S2 W! p5 {- E
88% z/ X3 O g( e# z( m
89" D: t( w$ M L5 @6 m1 c% o
90: o/ p. j2 S& `+ q# c. v7 V9 y
916 q4 Z( q# G3 k6 H+ T
92& P7 X8 h; h. s# n
93
% l* D8 T6 J( h9 J* z" W0 e94* s! J8 A, U8 n/ r* W
95% f/ m& F9 L, f8 E
96
t0 j( V" @1 q: v) M971 b5 J& G( Q" O8 M9 p
98
. }/ @5 d& z0 z; n* e7 U99
9 d! t u+ u0 z/ o& f4 ?+ E100! X7 C+ Q( i; e ~( q
101
# Q, V k4 t }- j0 n102
: \& c, u7 c6 ]0 j9 }& P% ?103
6 H2 {* ?- Q7 ~) e104% q/ k2 _# K' A( z2 C9 T- k% p
105
0 j+ U- L! w1 N- E7 I9 W" z5 t. y106" e# w* z& G' R) M+ E; L+ M
107
) g9 k+ @6 ^ E6 z. V! w2 x# E1082 l) s5 B4 l+ N+ z# a+ H
109
; @8 r2 K ~0 t0 e2 L3 v3 O' q110
7 L: K$ G3 c+ Q3 o! H/ H111
3 J! U9 o) {: h+ y1 @112& t6 r( A! w% F$ j d) V6 f
113. Z! i1 z2 a5 l& w. ?2 V
114/ t: e3 _7 u6 @$ d
115
. y* R* D O3 T, P5 w1164 J! @9 B% k# d u, R# [+ |) Z
117
' C9 Z4 T, G) w- _6 t9 J5 [: t118/ K R2 [* m9 J. R4 I% ?- m+ F
119& `% a1 @$ s4 C7 M( R1 X3 p
1205 q4 w; }. d9 D$ ^* P/ t' j0 J) x7 A! L
121, v0 G8 c3 b7 n" `2 I
122* m3 d# [! C. h: N
1231 K$ ]" h+ C) z; S( B
124
) {& m) G) G: I% { v1 d& c125
& m5 o* e A' m2 Q+ R* @126% `7 |& c1 z8 _* M1 p
1272 l, K7 y+ ^/ E+ y8 Y) k' g
1284 `4 N3 z; d9 o- @) j7 U& g( _
129" e+ t; e" k1 a; F0 H
130
# c: H* \" d- X M6 z131
% R# j* a9 \8 P3 ~# k, U; `1 m! _132* L' h$ b( n1 }, P& `. A) b
1332 U+ v0 @: Y# \! ]) {! D1 P, y
1344 S+ o0 t2 w" S B1 q' R
135! A9 d5 ?. l) b" b4 X9 s- J
1364 y8 }1 L0 b) L- ~, E- R4 P
137# g- h' g* k/ ]& X' ~( K
138. o4 t5 h7 t, u: _8 ^. K( }7 ?1 D& v5 ?
139
/ Z" p' h& W% S140) E( x* s0 v+ H# g& k8 k
1411 c6 q, t4 s/ u6 {3 s9 S
142
) j# q7 p/ f' W2 F4 Z i143
( }5 g: q$ K Z, Y1 j% h" g% N144
% x. z: o. ~5 t9 R0 r% p) w; Q145
# A; D$ B) {9 u$ f146* B& a6 }) O5 S, `
147, D" @) n; O N+ {1 u- ?/ q
148
C \, {; W) H1 ]7 W/ z8 U149
+ H/ e% N; g* x6 O8 B150/ ~! E$ M, q' ]% h
151
6 p8 [+ F! V' p" s, ]152
6 s* w; D3 N" E153
8 o0 Y, Z. k# D154
?, Y. b) ?4 R* l# k5 `155$ ?& b/ \% ]* l! W; J* p
156' M3 J' o, I# c6 m
157
) p9 z( ]# @- T3 I& m1 s/ `9 b- X158. J3 e( H% d% o4 p o1 O/ W
159$ P$ B7 J4 B% M; [: b) `# a" P' S
160
& [8 F; _# B5 {9 |5 f+ m161- E; i+ z2 d) |! [* T: B
162+ S" N/ X3 [* l9 u( W& q) T$ `7 |5 s3 m
163, p# {( F3 R: `/ N3 C; n- d4 M
164* F* b0 e1 D Q7 I- n
165
" V: g& m* H1 V" Z" s8 o166
, e# T* t# z5 E; L5 F; ~. b+ v1671 w% Y& ^# K5 s7 R* T$ d
168
! {( \2 @- Y5 a" H5 {+ h( V169$ S+ h+ N0 m8 t
170
" ?) O( }8 O2 b" S( {! h' Z! W1719 ]+ C7 K: p9 b2 I/ c5 R4 }4 ^! q( C
172
. w- F% u7 ~$ G& v+ N. [173
, G$ q( a* @$ q4 m7 \9 t174
' B8 q9 X8 T6 t- B% a! i175
# k6 X; T! t) u$ h, d' L176
/ p }3 \& H3 X' k }0 |7 t' U$ t0 |177
0 B* @! Y1 `7 G2 Y178% F2 H. E* \7 @+ N
179
6 e$ p3 I2 F1 a t: L2 `180
. M' z' @) }5 D% z2 j+ C+ @* [4 B8 z181
* \* n0 H- Y, x1 ]* E* c182
3 m& ~: y8 `; f2 x! R183- S+ N, u6 j1 w& x. V
184
) A/ j4 O/ ?! w; B; p( t185
7 j& R7 m/ L) F186& ?: N$ i0 T* U5 H% `0 V# n- |
187
# L. i5 L ]4 e. ~188: I! B! c0 U" K8 q* N
1893 \: A D4 V1 T* I- @
190) f T$ e/ G9 h( x
191+ C6 K; h$ X A+ A
192
2 \" v6 F3 T# M' A193. j$ ?$ t L7 y! \6 k! Z8 |
1948 C& Q6 ^! w7 y ^
195
- w) W9 ]2 J F& k3 [" D; d196 a9 Z+ i/ a- g/ D6 h9 L+ P
197+ B$ E# M5 [7 i$ W$ J0 {& `8 m; z# q
198
! }1 n, g: ?$ x2 N) _1 T8 K- [199
6 F+ V2 W# q; A1 \1 N; U: r- _200
' `( `1 F/ _, ]5 a' V201
, C H6 a% b w* k+ B7 H) ~202% ]/ T& {! `1 V# f
203
; ]- `4 P) O& G5 m1 x# j! F4 U204+ q/ p; A6 j4 f2 T" b& u
205
. j$ T5 @ t' Z7 P) V- t" h206& v( u. h1 y) A
2076 b4 q8 B$ w/ T* Y5 Q6 O. T% J+ C
2082 X$ ?! G9 Q. n! H) y) l. ~
209
( H; Q( D" d+ q- w210
$ @9 ?( a( j/ i* x {211
5 f6 Q! T, E; B212
' ]" N6 I/ g) X0 o% g213
g3 N( J. o$ ]0 z' v- w214+ g0 v+ t. q/ Q5 W
215
8 m7 V& J. W; ^# t7 f1 V216& d8 j2 J" \) b0 z* F- P
217
* W5 o- x& ~7 Y218
, S/ [* w C, V3 `5 u7 e9 Z219
1 z% c9 l- {# ]: ~' V% r220' |$ f& y/ J5 [: G+ r
221" T+ x# O O& k( K' f* g# S
2223 r. m7 }6 L; Y. l/ V" I
223
+ @6 c# u% A% w- E% t224( r" G; A- O5 h
225; |, u3 ^- R* \: Y" A0 a
226
* ^9 Q( h0 A3 O8 j% T5 ^2279 `0 H6 a8 i# Y; d
228
b0 [4 l8 f1 C7 o! }229
- P5 I0 K2 O5 @( s3 \3 G6 L/ q5 J230! `; D+ n$ ]: G( g
231+ [( `* R; c1 X$ p
2325 ^$ t- d5 w, I, s' D4 t& P
233
' G* G: f1 m+ {7 }9 R234
0 v1 U- x8 X" ^! |235
5 B( d: i+ Q* m2363 d" b1 f" z1 ]4 `2 E- ~
237& D5 e0 A4 r5 H
238
$ L3 c# h0 f T$ x* }' v239
0 `( y+ |. w8 B240% `* e: s* O' N/ W6 h. m
241
. E1 y, e1 v% B1 Q. i) ]$ h2423 S A1 W9 n3 c
243
R6 A" E1 ?7 B0 S" p. E244
9 c% {5 ?) t, G$ `! K2 I2457 T3 \" P% f# T/ L
246
! U4 B' F3 Q0 J% X247
8 ?; J" {: `% L" W# F248& a; A9 `" [( N! L4 L
249
]' t' D' {: T. e" b250
6 Z5 F. {# y& B; k/ G2 O2514 j( K; ], `5 G) z5 K5 {
2526 z& o- J; e9 |, N W! s5 f" H2 ^/ y c
253
$ U+ \6 }, m6 X: x6 Q2545 ?- ] S+ L8 r6 k7 C' w% |6 c
255$ w4 {2 \! T' X6 ?) J" p9 F
256, z% Q1 x, o) z6 U3 y
257" X8 z3 b' O* i8 S# `. r4 f7 M
258. F' l- t+ G# C3 ~8 z& m ?
259
# L" h) a4 @0 Y) D m J- i, }. ~260+ |" \" h) E4 [2 F9 d" N
261# A) l: Z% n$ Y
262. S$ S' U: x" Z `* q$ n
263
( F" }" [- s9 `/ E) l264+ A7 v* D& n, s2 R: L M
265% u7 @2 M+ _3 p, S9 j$ D
266; R( N- N$ i% ~
267
# O, ]# ?0 J# @/ O5 F$ ?' Y268
' V7 b, ~* I p- l3 J269
: v- A! t8 t8 a6 Z( D9 ]- z) a6 q270+ y4 x* J. G( q O L: b; ]$ E
271
9 @3 v( M2 z1 v" K2728 x! p6 d6 }! s+ m5 L
273
3 G4 \. o9 O# }+ ^) T- ~274
( @: n; E; G. x9 s8 b/ {2756 J6 X$ H9 _& t) q
276
3 R5 n0 B* X7 X" U% T7 m+ D277
6 W* P4 o5 ^. E8 r278
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