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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

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    群组2019年数据分析师课程

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    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( b" s2 Z% Q; t$ h' Y5 f% f
    & K2 L* [8 Z6 C, Q
    决策树模型) Y) |+ G* M$ `+ M- N2 C# e; E
    目录
    6 I- S1 ?. L& E* X* E2 J( T6 ^+ C- F人工智能第五次实验报告 1
    ( u( }3 {2 [$ K决策树模型 14 G- T8 u8 H) [6 k& m
    一 、问题背景 11 f) E: I( I+ a& U* b; {: X
    1.1 监督学习简介 1" t* a: i: y4 {2 Q
    1.2 决策树简介 1- s6 `0 w; U' v- u1 Y. c
    二 、程序说明 3$ z4 l$ B6 L2 b: m* a$ D
    2.1 数据载入 3) d. V- H. [) X8 S8 q
    2.2 功能函数 3
    9 _; P1 v, a: J* n6 d0 A2.3 决策树模型 4
    % m; q6 o& {/ `三 、程序测试 5
    ; Q- K8 v* c1 |" v  M# E3.1 数据集说明 5
    ; L' B9 c- E7 I4 P. X# ]. L3.2 决策树生成和测试 6
    & M- A# Y- I( u' r' e8 u3.3 学习曲线评估算法精度 78 Q. [8 c2 S0 v- D9 t0 K4 l
    四 、实验总结 8
    9 s* `4 l0 G2 C附 录 - 程序代码 8$ j4 l. `% A7 \# c
    一 、问题背景- m( v: N/ G) q0 V" k
    1.1监督学习简介5 t( |# p: A. Z# l0 x
    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。
    . i7 i) `/ v: h  i7 ~- ~5 |; |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。3 y8 i5 K6 ^0 f7 s2 d0 b; Z
    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。) t  ^& c7 S8 `- X8 x
    1.2决策树简介
    9 {% ]( Q' N% u' L) O  W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。6 Y) A' X/ c, ?4 X: g
    决策树的组成
    3 d* e5 r% ]* m5 u7 Q) o  f& k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。7 w! i6 W: ]) S- e. i0 f
    , p6 v9 b: i7 h9 K0 U4 I* a
    import numpy as np
    ) s+ i$ j% W. D* m/ R/ Mfrom matplotlib import pyplot as plt
    + D. y. B/ m* u, i: ~from math import log
    1 w9 ?5 T3 h6 b! U& c$ Limport pandas as pd% y7 I3 B3 t" e: f: Y5 {
    import pydotplus as pdp+ Q3 C- [; r0 {4 e. m# u- }+ B: I

    9 |% v1 n" h4 B. u( v3 \9 ]"""
    7 d, y& O  z( i19335286 郑有为' t1 R5 B1 c/ ^# V. V
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    : g; v6 [& L) n% m"""6 Z9 z* P- a( P! i% x$ n; p1 v9 \
    0 H/ I3 ?0 W/ J6 D
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID7 P; x) t5 U/ D- q0 t. Z
    color_i = 0, E7 n2 H  D; ~- ]* 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9 b7 I% G) {2 M* X% e
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    & D) F7 P4 {$ i" p
    2 G: R: d( J& t" T# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买5 X) G" `6 m+ |" @! \  {5 Q# G
    class load_car:! J; b* |$ ?, `6 [/ ]0 O
        # 在表格中,最后一列是分类结果3 e1 o! m  x! V& |6 ?8 J3 B
        # feature_names: 属性名列表# Z& X7 T- R, i
        # target_names: 标签(分类)名
      u) ]  Y% B  m- w4 p/ h    # 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1 r) d, `+ q" P4 ?8 ~* h
        # target: 目标分类值列表. `7 }% a$ Q* b
        def __init__(self):3 I* t9 h- ~# B/ E% U8 M- O
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    / r" z1 k' ~7 [6 }* N/ y        labels = df.columns.values: }6 w  z% b% G5 a, i( j% _2 A6 Z
            data_array = np.array(df[1:])2 P) }! M2 g$ r# ]% x% N: D: g
            self.feature_names = labels[0:-1]0 E, c0 M4 [9 I+ J) L
            self.target_names = labels[-1]  M' D% C3 A- O3 c5 H
            self.data = data_array[0:,0:-1]: @9 ]: n* ]; _) X& y; ~- q
            self.target = data_array[0:,-1]
    8 A) O- T+ r/ e" ?: h9 p  M5 Y  ^/ c) F6 K
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒+ g8 h$ b6 y- a$ J, v/ w
    class load_mushroom:5 T4 P/ `% T' J( u# e1 S& b3 C
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    ( o+ {; n- f( K& `    # feature_names: 属性名列表
    + o& i; H/ F: B9 \2 K+ s9 a    # target_names: 标签(分类)名
    5 f# J$ z( H( |1 l    # 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 P4 [0 p4 M! d) x9 H    # target: 目标分类值列表4 ~5 L: u3 g- b/ L
        def __init__(self):; h3 Z5 ]) q5 i/ {0 K% Q6 G
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')" s" Y, q9 x/ W4 I
            data_array = np.array(df)
    " d& C  T6 d7 U+ W7 L        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",( A. D6 \" [3 X3 W* j
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",. |# I3 V) Q' ~* w
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",0 z: z7 ?2 u( ]- k' [
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    8 v& o0 J8 {  n. t' @9 [6 z        self.feature_names = labels[1:]! @0 L1 L/ U8 ]: P7 F
            self.target_names = labels[0]2 ~2 ?! c3 L3 [2 @
            self.data = data_array[0:,1:]
    - T6 l7 Y6 t+ ]# I        self.target = data_array[0:,0]1 L3 f. Q1 O/ F, [! X3 X9 `$ e  |
    ( o0 h1 _' C/ R7 s9 T, Q
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
    ; d* K7 g+ }7 i& Pclass new_dataset:1 Q- t% Z6 r7 Z$ E  [8 q/ g
        # feature_names: 属性名列表2 f* z+ c. g& F0 ~- S
        # target_names: 标签(分类)名
    2 ?3 A$ _/ n& O0 j0 Y7 v5 J# {1 f    # 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* e% L% e
        # target: 目标分类值列表% S5 Y; R/ v1 @, X
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):! m- f0 s6 z4 Z
            self.feature_names = f_n
    7 [9 G. n. I% [2 T, S, v- x        self.target_names = t_n
    6 r( O0 W% x+ K% n        self.data = d* m8 s% ^' C+ b3 N
            self.target = t0 g5 j% r/ d5 }1 d5 k0 h: Q
    ) F6 s/ B! M9 u
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    2 c3 O+ a: f/ |/ Q+ c( D2 X#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    7 ]2 \9 K+ s  A( r, i# target: 分类结果的列表, return: 信息熵) _* v  k4 T# I+ h
    def get_h(target):
    , |. y! |) B) N. ~* m! f+ G    target_count = {}
    : D) v8 A, F0 f+ _    for i in range(len(target)):" J5 H' P8 _# @" D" _
            label = target
    4 B$ W% Q. g7 Y; `5 u        if label not in target_count.keys():1 S6 O. x: E5 d( @0 [
                target_count[label] = 1.0
    . j0 w, T. I3 d1 A, ~2 h        else:
    $ F3 L$ Y& g4 G& e; x            target_count[label] += 1.0
    4 h: y  C8 ?+ _* R7 C0 `    h = 0.0
    ( k5 {7 A$ n& f( [* @    for k in target_count:9 |) R& \4 H  @9 N3 a
            p = target_count[k] / len(target)
    ) D' d) P$ q1 d8 l9 W; F        h -= p * log(p, 2)
    , Q# n0 z+ E- A& R; Z    return h
    , C4 Q3 p9 F* E+ U: R. c5 Y- n1 J" z$ K) H+ s
    # 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  D0 R! X) i7 f) W- n8 ^0 e
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    0 t$ t, ~3 X, F# Idef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):( u; H# W; x2 Z% E8 I3 b
        sub_data = []4 C8 }/ ?3 J# X
        sub_target = []
    - t9 o1 n: A) r* D) V, ~, r4 `    f_index = -1
    # N/ o; N4 G7 A+ _    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    2 A) R; q% u( I. @) H4 Q$ _        if dataset.feature_names == feature_name:
    , k! A1 b$ y+ O( z; m1 Z1 |: F4 J            f_index = i% B% k" K" h/ f1 X' i) S
                break- k2 b4 e. v- @

    1 R# h6 c! O' R. ^    for i in range(len(dataset.data)):5 c7 M' m2 n' L( H
            if dataset.data[f_index] == feature_value:! c0 Y6 f/ {- Q7 g
                l = list(dataset.data[:f_index])
    , z( j) H0 W7 h1 P& d: E            l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    7 O7 A' ?- @$ r9 S; i            sub_data.append(l)' ~# j7 k* L3 g7 k! ^
                sub_target.append(dataset.target)
    ( I1 H; x/ }# O! w4 F5 @! `- q
    3 }  U5 E2 P5 k* b4 Y3 m0 H  P    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])% b) r" X- d( p& C! a. ^5 e
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    % o0 @9 `, O1 P9 F! X7 V- Z- m    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    " ^' B# h- H  p0 i& y; f# A9 r0 D# I* u: B+ s
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    2 u' g/ k7 M, {: _0 s# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    4 r! Q& h7 @$ o2 l8 R& S7 B. l# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$3 {7 y8 k+ S) t1 i) ?/ M, Y2 z
    def best_spilt(dataset):
    * y6 G; t+ a/ h  R$ D8 x  ^. A7 A) k: j, V4 O) z5 W# A# k+ P+ q& d
        base_h = get_h(dataset.target)
    + \% q% s; o1 U( }- n    best_gain = 0.0! |# A) x7 Y. X- ^( r
        best_feature = None
    9 @, a+ }+ O! T' t) c, E. R1 g    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    . h0 o$ a) S% l) }        feature_range = []: j4 v; l( W2 a6 e0 I/ I
            for j in range(len(dataset.data)):
    9 _5 r3 H- I) J/ v5 p            if dataset.data[j] not in feature_range:4 c8 W& o' ?) _- R1 s
                    feature_range.append(dataset.data[j])' V- g8 a  Y5 }( R- ?' D

    % d+ z0 x9 {$ u7 N        spilt_h = 0.0" X8 d7 H2 q6 Y4 A7 z8 a
            for feature_value in feature_range:  v* N( I/ T6 I' s
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    - P8 Q, Z( y1 M            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)5 F  P9 e( P) d7 @5 B( H! ]* T* s

    ( _% x! l% l* v1 D: a8 y  C        if best_gain <= base_h - spilt_h:* V5 x' |0 O' g9 Y
                best_gain = base_h - spilt_h+ }& [2 G' O4 M9 K
                best_feature = dataset.feature_names
    ! B: ?" N! k; b
    % N- ]. q( ~4 @; ?. D' q8 T* y2 H    return best_feature
    6 N4 |+ G, I2 P8 r7 t* M
    7 K& Z6 p4 m$ O0 D3 x# 返回数据集中一个数据最可能的标签
    - J4 \1 Z' t3 Jdef vote_most(dataset):2 q9 k% x4 K3 c/ l" M
        target_range = {}
    6 b3 [& i. s1 q! x    best_target = None! e7 L$ Q) J1 \$ r
        best_vote = 0
    : n& F& t8 C5 d( {* l# v! {2 e( C5 I6 v- u6 k. P  R! c* D5 K
        for t in dataset.target:4 T7 F0 `. Y) `% i
            if t not in target_range.keys():
    0 f& ^9 B6 q4 f" J& i8 J            target_range[t] = 18 J- n' U. a& I1 X
            else:
    ! }  l" G& {$ m5 B* s            target_range[t] += 1) [, W7 ?/ l; E
    % P) `  ?: i4 q+ G8 T0 b
        for t in target_range.keys():
    ; b: U' M/ _6 u7 [; k6 N        if target_range[t] > best_vote:& W- q3 e. V5 U
                best_vote = target_range[t]
    3 }1 Y2 B! J1 A  t7 C# M/ M3 R            best_target = t
      W* z5 P8 N7 d2 F
    " [! @5 V% Y) o& o, D0 H* [0 e: q    return best_target# K# H2 ?: ^6 {5 q3 I& t
    ! b2 z6 `2 k4 W& x' p
    # 返回测试的正确率
    ! ]/ h) V, d( U' z8 m0 U/ L# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    4 s7 ?: L/ u) h8 r) hdef accuracy_rate(predict_result, target_result):, E$ ?( b9 n: G9 F
        # print("Predict Result: ", predict_result)' i/ C0 B6 z; X, B8 M' E
        # print("Target Result:  ", target_result)
    . G/ V$ x, ^; {! {9 }) N; s    accuracy_score = 0( U0 {/ n* }( c) h2 e
        for i in range(len(predict_result)):
    . t8 }: }( w  T6 l) d. r# ^1 b        if predict_result == target_result:
      m1 E5 u. P9 i) h: A            accuracy_score += 1
    . H- a. \: d- u7 S7 t8 `    return accuracy_score / len(predict_result)
    + ?1 ^( |$ \; }8 G2 U' ^0 Z9 d& s+ x; q9 V$ {$ ^7 I7 H0 ^, o
    # 决策树的节点结构
    / j" l/ h0 E# V" _! m' ~  xclass dt_node:/ y8 b4 ^: A4 H5 y4 Y
    # Q6 s* r7 s% V6 D* B0 S1 U
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    * D; F  O2 ~+ G/ I" B        global nonce
    & T, X* K5 U$ T4 r4 W% U' L        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
    7 d5 K* o/ d; M2 a/ J+ J, d        nonce += 1
    ; Z5 a* h# z% D        self.feature_name = None
    7 M! s& S  ~2 y6 H        self.target_value = None
    ( d2 p6 b4 B/ _& Z! t: @- D5 Y        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    4 e* k: ^. D9 o( t* {! o- ^        if not is_leaf:9 R* L" O6 \+ _4 h7 y
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名& l3 Y! W- t' W- P' ?0 _: q/ ?2 `
            else:+ ]! f6 k1 A- \7 O0 l
                self.target_value = content # 叶子节点的标签
    5 y( O6 W9 Z+ |& }& k; x( }- `" e* y# U# o5 z
            self.parent = parent
    . A% p2 Z- R2 \* D+ k3 V! `: K        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
    9 @$ D! V3 _" h
    % L7 v7 u7 K! }( V1 M. y# 决策树模型( p! T  b7 c: s" K
    class dt_tree:
    9 w7 V' H6 ?! z$ C7 m) t& A* i% v- T7 {6 V: V2 X
        def __init__(self):
    & v; E; e0 g- ^: r6 m4 B+ Q) V6 v        self.tree = None # 决策树的根节点0 R# @4 ^: S6 {/ w3 e& u, N
            self.map_str = """
    7 M; N* P1 U/ T3 l  `            digraph demo{: Y- d2 {( K4 E
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];# G. S" l$ O6 h6 s
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    . K7 c# \" x; p. k            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构! v$ \8 `$ B+ @
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    : H; P9 Q4 P( L6 y) d3 T" w7 s( O( h( Q  R( {8 O) ^
        # 训练模型, train_set: 训练集
    2 C7 a- i! A! Q" V7 P    def fit(self, train_set):
    ( B2 Z1 M1 t! Y) D$ r
    ; d- o9 W$ a* ^) C5 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. r; G2 ]4 ~, }6 O3 `
                return None" h5 p/ g+ Z  n0 q% a% D" R

    6 j6 Z5 Z3 W1 Z& \        target_all_same = True
    4 V3 n0 n) [* G        for i in train_set.target:3 {! [) c" v5 X9 `4 \2 V$ u% q
                if i != train_set.target[0]:
    1 w+ m7 w4 I- `" @* o- k                target_all_same = False
    & l0 R( m# r* O( B5 U2 i                break
    3 h& Z& L. G/ n5 C: w- }, q! z4 g9 j, 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
    ' z: ]2 b, }$ [/ ?            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    9 R5 D  I" H2 v8 _. M            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点" C) \! \& H, j6 ~
                    self.tree = node
    1 J, i& \$ f' c: r, h
    ; o9 ?* c. H% D* [6 K            # 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
    8 ]& t0 m9 S1 y            node_content = "标签:" + str(node.target_value)/ ^* j% O5 f+ ~
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"  @' V7 N! p' E9 I

    ) }3 ~: D4 P) R            return node
    ' h3 G# }7 V' |        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0 [) ^$ ]& o1 b6 ~
                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5 D! @6 p5 M- K2 J( L% N6 p
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    # d6 v6 J4 D! |  j! s2 K. z- \# J                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    ( i$ D; |4 |4 G1 }; `                self.tree = node/ P. L8 J6 w7 }/ ~, S
    ) V* P- o# |# Q1 }: a8 H/ c! e2 M8 ]" 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
    ; S+ Y# m+ G! o' V            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    0 x  S5 T  H) v% G; v* n            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    . T# A* L4 [2 k! [# w; @2 N# ]0 R1 C3 B7 j6 M0 e5 j* k' K
                return node
    ' o% b$ [/ @. P1 e: P        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点$ [- L( }1 j" @. i
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    ( ]7 R. G$ b9 o1 _            best_feature_index = -17 I0 ^0 d* L5 P8 m% w% t+ s  `2 ?
                for i in range(len(train_set.feature_names)):
    6 G  l- b9 a5 f! ]                if train_set.feature_names == best_feature:9 W( m* p/ E/ ~) @8 [  [
                        best_feature_index = i
    ; q: ]- T& k; R/ E% s# z                    break
    1 i) z& ^' h9 c* S# ~  h7 a! C& q4 z: C8 b# [4 {
                node = dt_node(best_feature)8 f3 L! X" `; e
                node.vote_most = vote_most(train_set)' ^8 G4 X' O0 W, ^3 i) D
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点5 [0 A& Z& c" \7 ~
                    self.tree = node3 H8 V) c: I/ r2 ^! O- X
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    ' B1 x. t! e* F( i; V: u+ L+ c                for i in range(len(train_set.target)):
    " u- a$ U- C7 `/ x/ |4 T  W  F                    if train_set.target not in self.color_dir:' T% T/ ]4 b3 L' c2 O
                            global color_i
    % N4 ?  p- M- u. {* ]                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]0 _: O3 b: {8 ]1 c) X4 r* Q# [
                            color_i += 1+ |2 O# Z4 h. s7 [
                            color_i %= len(color_set)( c. t# l( ?) l
    : |+ Z( a( @& y2 A9 C4 ]
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
      S0 y7 p, V: F9 C1 y4 u            for t in train_set.data:
    ( B3 X' O9 o' C  ?2 l4 T                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    , M! R" d* M! _5 Y                    feature_range.append(t[best_feature_index])1 D) j% C5 S$ D- C0 O# E! ^
    ( Y& J9 G/ w4 L1 T: ~* T* `
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    ( b4 J9 F$ l  }3 V5 }            node_content = "属性:" + node.feature_name& w5 |4 M+ p  P
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    ( l$ u# U' f/ X. T: F1 X: [) W$ I3 D8 ^- B" }* b( E
                for feature_value in feature_range:
    6 S% e" Y+ b) k! g( {. D                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    3 Q( d: I- ^9 z                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点6 h: j6 q8 c2 A8 k
                    if node.child[feature_value] == None:; x. f) j" n0 t" m" Z. l
                        # 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
    * D2 ]5 B# T3 q' t4 {( }                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)) o; r: j( i2 U4 i
                    node.child[feature_value].parent = node( b) |8 _. p# ?' m
    8 F8 L& P3 b: h/ A% P3 D" T
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线8 [5 B: a0 N# ~8 o( S* K
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    4 r; t8 N8 [! E* k
    / T/ r2 ]5 T. E            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    9 A+ ~2 ?2 q# G: a  [            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    " r* V) V9 v; L$ ?9 g& P            # for feature_value in feature_range:
    ' B3 Z+ G" Y: B4 p+ J            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)- l2 N9 |9 e" x! |+ C( q
                return node
    / P) v' y+ o3 E. Q' ?
    # W/ I# g4 J" o+ Y    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    ; F% c( y+ `$ v  Y( x0 L, }    def predict(self, test_set):! i6 N( f) T, S
            test_result = []- w( U8 H: R/ B  r% g: a) w. u0 l; Z4 e
            for test in test_set.data:
    # @7 G- U' A& ], K! E            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    8 B. W# Y2 [# a1 }            while node.target_value == None:
    # S/ _# F2 U* _# U. F                feature_name_index = -1
    9 ?- k) H9 J/ I/ O6 M1 N                for i in range(len(test_set.feature_names)):) l( b" A) \8 C# X2 A( j& o
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:: C- ]* ?" [! v- h% Z' B1 v- }$ p
                            feature_name_index = i% U( _2 a- |: c2 T! l
                            break) ^' C* I9 d+ U3 k; [
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():3 z, K2 _- m' e4 k- s
                        break
    " H. n: a* h6 n! z0 R0 I' ?                else:
    8 r. a3 M+ Z5 T" \; s" a1 \                    node = node.child[test[feature_name_index]]
    6 S2 ^( u" V- m$ A" }8 t8 Q" h  [1 t  a' Q2 @
                if node.target_value == None:, z, P) k* b& H
                    test_result.append(node.vote_most)
    ) l3 U* C0 M% M+ o" q/ m            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
    ' M+ J0 I/ }  Z! r                test_result.append(node.target_value)7 j% |# A" L# {5 M2 z+ b

    0 N3 l5 u) y4 v4 f        return test_result
    8 E: [2 y" `7 |/ _4 p( D/ R
    . h0 Y4 h5 M0 j7 z, K    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置5 D/ t  \6 }- T# S  u( j0 e
        def show_tree(self, path="demo.png"):
    ; I( H9 c  I, v9 @7 ?- U2 o        map = self.map_str + "}"& G# j$ S. K- P7 Z2 [) ?( g6 j. Z0 b! Y
            print(map)
    : R3 Z7 s! P8 z# w3 ^        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    ; o! Z, H( }/ O, a( _7 C2 T        graph.write_png(path)
    9 P5 ]; h3 l3 @9 V" b- u4 y+ L7 g: ^$ 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# K, `! _5 _5 E' d% U! y
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    1 p, z1 |' K) C/ X    c = dataset
    & Y3 h8 \6 J5 u" f% L+ U    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)  u  Q4 [# H. P
        rates = []
    0 x! v0 E  N6 }1 c    for train_num in r:
    / S' @. y' n4 a2 ~9 `5 B2 y        print(train_num)
    ! E( A) n7 h7 u& F+ F: p2 X/ g# F7 H; M        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])* W; n) b; D4 K; f: k, [( v
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    2 o- ~1 w7 L3 S# |/ u( L        dt = dt_tree()
    $ |9 a/ h" M+ c: ^        dt.fit(train_set)
    5 ~* a% }! s$ z- Y8 ^$ l, X8 r        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    ! C3 Z& L3 x$ Z7 w1 q5 B* N* U9 s" J3 \. f
        print(rates)5 E8 F; E* [  B: h
        plt.plot(r, rates), r) z" s" q# S+ ^& q7 q0 Y
        plt.ylabel(label)
    / e) \" e. ~( B' m( J+ A$ y    plt.show()* v9 v3 d1 D& S; r" C
    + C7 M6 f: h% H0 `; K9 ?: Z/ [
    if __name__ == '__main__':# _. T  s! y% L$ `, `/ K# r7 A
    * T* n* t, |% V$ \- r( j
        c = load_car()  # 载入汽车数据集( }& m; G/ m: b; \
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    2 r- l8 K' v* t5 n    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    4 x% G" {4 j! U- ]: f    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])4 m; Y9 f4 A# R" H. O" M0 a
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    - X: B& ^  i* ^3 ~! z+ ~7 R+ M, c. n4 X8 @
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    ' t. J1 k, m. F8 ]  M" s1 Q    dt.fit(train_set)  # 训练
    , t. V  S' S( x    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    / w! z$ O; L  H# G' [* H% o% ]    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧) e0 d8 Z5 Y- a4 p
    9 {& b+ B9 E& E7 w7 [7 S9 G
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")" {& Y, \7 E& L9 o) t- ]+ H- I- u5 {
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
    ! P: \% m& i$ ?! o+ j/ r; B; N" A* ^% j3 A

    ( {/ n" \1 Y5 V! s* ?* y
    % o% D! ~: X* i3 l3 O1 E3 C1
    & g0 T3 [! [% o8 C' [2
    : G. g! X$ M- f3
    ( {- |& w% e; z2 I  i4) U: M9 _! {  f1 Q
    5( H" G7 y: |2 y  q
    6
    2 A$ ~- m- X+ o74 ~, h& y/ h' R
    8' f6 p) l4 D0 Y" Q/ M) }
    9& D9 W* f/ \0 ^; @) x: t$ x
    10' ~5 H9 s- t6 j/ \& Y& M# m, p
    11
    / {7 m( X  T  I12" C) d3 _  O: L1 r0 v
    13
    7 s) F1 r0 b) \( @# D14
    ; w0 r( m4 }# \' Z5 J! n" ~15" u" G" U$ E: T5 L' H- ^
    16
    ( Q9 ?4 r) r$ Q" `2 ^, Z17
      q: A: g+ B6 }" }# H18& x8 @& c' `$ M% o' P7 f
    19
    + e) O& J# k) d) e: Q20
    ) b' ~& ~! Z3 x& ?& ~, M1 h21( e! i8 Z, E: }  z
    225 P; l# |" g4 B/ Q/ `) i6 f8 x
    236 C! s9 a2 R" N: b1 R
    24
    - Y/ B5 l/ p7 x% i3 p* ^25/ @( T/ B8 b' S7 T
    26
    : H3 @1 h2 [7 E7 v# C27$ A! N& n$ v4 Z, n2 C1 G7 N1 }9 z
    286 S) G+ G/ _, |- v5 u
    29
    4 p% Q6 I9 |4 h# ^30
    1 w5 b3 _0 w7 {6 f) @) \# m31
    ; `' g! K! @: u: B( C, D32
    3 g. A* m% e! q4 N' h33
    5 A' V+ `' r+ u, Q8 }2 i34! Y  g1 B5 p& k6 m
    35) g  O$ h$ c) F: r, t
    36) T% c: h# |' M
    37
    ' Z& I5 B/ w, _380 V4 _" m) G( k! o, r
    39$ P) x$ a9 W/ b
    40" f: I' Q6 l8 B7 a2 E
    41, l, x' Q5 A8 F0 e- H
    42; g* G8 @8 |) }$ c
    43# t# r0 y4 c; ~
    44
    - r" [2 k, i. Z5 M; \" z$ s459 d3 y& {& L( P+ ?
    469 R  J  N0 G" @/ Q. A; ]
    47
    $ w/ h% j" n2 S: ^/ h48
      G3 C1 Q! d6 h+ [9 r5 O- f% N7 d49
    5 G& U1 S" M  W. D50
    3 b( p- P) F. j. M51( j0 h# y9 }$ R& n8 r4 @1 b
    52
    ; R, c0 ~% C9 ^- q53
    , P( E* @% B: R- j54
    3 P- ^. R; }9 x' g' h' t55
    % e( J& }5 |! }; k1 a( i56
    7 \& g3 [7 J6 K: N57& {2 i, y: F" N4 s4 \; `
    58
    $ l8 H7 r' ^# |; @& r) D# `& M) `59
      S# i2 e+ U- Z2 v60
    & p+ T0 G( _& l6 T8 T! K# C61
    : [: c3 B4 W) q! C627 x+ `+ I6 I9 j& O
    63
      h: t4 L! G& U0 p9 U  S641 J+ ]& Q: ^+ h- \
    65& Y) H# F% ~  O/ X" ]+ G! E% ^
    66
      t: z: _8 C' ^; b, t! B67
    ; b0 B$ l' j" C68
    3 g5 M  L2 t8 `6 `69/ v6 P! J' `' r" V$ `: O- K8 [& ?
    70
    # N  u  Q* j4 ]. D71$ l+ l- j, z; l
    72
    ! a) W7 ?+ j" [: m* g5 \73
    / r! a( T  X2 {, L$ E5 X' o1 R74
    + u( x9 f9 W1 ~- [9 B75; w: m0 K2 g6 S
    76, M+ o% p! Z) q" y2 H4 B
    77) Y/ V. T( }3 {/ \
    78! |8 R; K% W# a- t/ V
    790 r  C" k0 D; B. w5 B% E3 b- q' v2 Q
    80
    / _3 }. F2 I" p% o; e5 Y81
    ( b7 U& N6 m& e82
    ) H0 }; E5 b+ c# n6 Y$ [  T83% S4 C& d) t* j$ [3 s
    847 k& s( d; Z- k) h3 R
    85( w0 J8 r) e* \8 X% _% @# v+ e
    86* X! H6 {+ c9 f
    87
    6 P( V6 a4 |% T) J: \88
    1 W( f( I( h6 Y8 D. m* v, ~89
    % H$ d7 o- T5 b) @! w% W6 ^  z904 N2 B9 ~3 ?/ c* {2 V4 c
    91, v  M" K3 [" n) m8 U0 B0 W; t
    92
    : p& Q& W, `6 K0 h# k: T0 E$ P93, G9 J5 ]. T- ?8 ?( h
    94
    + X: i3 W0 t3 j7 H7 i95
      p' x/ e/ X2 q9 f/ W3 |96
    8 y, w' W& }: ~+ @979 Q$ Q; E- ~9 p1 R& s5 E
    98
    9 H( z, h8 c7 d/ Y99
    . J& l# ?0 y& Y; G) _- n1 u100
    ) b$ o8 d" V% [7 |6 Y3 s101
    , k3 j3 P( x8 E& q7 a102
    * P; Z( J3 g4 N0 T103
    1 g- B( ~- P  I+ e! F2 \104
    1 t% F" h3 Y: S) B- M: j1053 d7 T; H+ \' J. f2 ~) m
    106
    6 @# B. p' S3 w8 ?8 ~107
    ; f; j( v# W' A108$ N7 o! j$ h6 K* T8 S
    109$ C" F) u- H+ V
    110
    8 B1 V1 ]4 b" }1 X111. R) I: s5 K7 X$ H4 a
    112* s/ A  I" O0 N" O1 R
    113
    * Z8 ~) u+ C# C) G  }* T% _114, |0 O. B+ e9 Q) w
    1151 t7 R! I9 q/ `+ h
    116
    % M0 @, e% `% K6 a( f" C117
    / J" Y( F( K* K+ c" `( S118
    ' z' ^4 q9 l3 a$ o# {: P119
    0 j. k6 m9 b2 V# G. U6 l" N6 e+ r120
    $ t% u' M3 v5 z' {7 z) Z* G! n  s121
    1 P7 }5 Z0 l: ^122) ^# g7 n9 n* d7 }- x
    1233 K- Z+ q  G/ \
    124$ F! _. U  y4 c% S; Y
    125
    8 p' m& t& Y4 T126- D/ b+ V/ l: n
    127
    5 i/ W% V' ~- B- L6 w0 t4 @1 h128; W% O7 T3 D& e% m1 W* b5 L
    129
    0 l# j+ L6 ^4 w$ J4 T130# y. W) s* {& {3 B& t3 V. [4 m% X
    131* A, W& R' u; G, A: S
    132
    4 _+ n/ T+ b0 a- X. P133! A& n/ c/ H2 u- T9 h  ?  ^& l
    134
    4 Z* k* B. f. ^" _# J8 r+ ]135
    3 Y4 v) v0 R- S- j5 I" h136
    1 J7 m$ @/ h/ _6 l# P137
    9 `2 U$ A- k" C3 y. S  M2 ~138
    5 J3 d+ O6 S! F139
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