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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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  • TA的每日心情
    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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    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3 }; G3 O6 y5 A* W( _$ B
    7 W  {, n' Z; X' o# `" M. e
    决策树模型
    & D) v# Z2 |$ D/ f; ~目录1 K! K# W8 P. I0 K& z- J/ s1 ?
    人工智能第五次实验报告 1) b) E9 @# O  d7 ~* r
    决策树模型 1% j1 N+ L8 t! w- a+ U
    一 、问题背景 14 _* U* A  t) v9 E! E& Z- _
    1.1 监督学习简介 10 H0 k" b- z/ y; A
    1.2 决策树简介 1
    ( e' I4 q$ s9 W7 L' a1 d# ]/ N二 、程序说明 3
      ^: ]: f$ d9 d$ D2 \/ D2.1 数据载入 3
    / r* R$ |5 d3 h; W4 X& j( u2.2 功能函数 3
    4 t* O  ]# s! v2.3 决策树模型 4
    / n( s- A, E8 m- |三 、程序测试 5
    ; n& b7 F7 j4 H6 A3.1 数据集说明 5* m, T' P- e% R  g- w# n
    3.2 决策树生成和测试 6, Y& |+ K4 r" ~% [
    3.3 学习曲线评估算法精度 77 Q6 P  x: x& T1 t! X* |
    四 、实验总结 8! O1 u3 _- J* ~# P9 F, a
    附 录 - 程序代码 8- a/ X5 c4 u  p- `$ @) o: m/ W. `7 z
    一 、问题背景
    : l  O4 |4 ~0 {8 w& b1.1监督学习简介: y" b! V4 d6 Z; f& z5 d% v
    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。4 d5 ]5 f2 H3 T! P9 S+ M2 g1 t2 t
    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。. u5 L% X5 H2 j' n% j! |
    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。
    2 Z9 F& \2 L/ P1.2决策树简介
    # u: H$ {" t# f) G' d0 s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。4 l7 C8 D1 j3 s! E8 I
    决策树的组成% x! ~6 s8 h; {& x! x
    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。
    % K. F$ K; B6 t0 h0 i8 S5 ^; j- o0 C! r% j
    import numpy as np
    - A+ ~* |; R( i' Dfrom matplotlib import pyplot as plt% k3 `/ z, T2 g7 g1 K
    from math import log' B- X+ E- d" C) F) C; c! c
    import pandas as pd  {. Z( \. Y* _2 t9 _
    import pydotplus as pdp
    9 W$ h( i/ Z) S! S* s* A7 G+ q# O% K1 _
    8 g, u! Q+ Z! d, P! ?"""
      s' M$ y7 u6 @6 [3 W# I19335286 郑有为% ?7 S' \! ^; S/ t
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    / Y( I$ c. h. |' |7 T1 ]"""
    . m+ a! q. y1 B9 T1 ^# p4 ~/ A
    6 M5 n* x4 I2 g6 K2 ]nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    3 Z1 H) t. y1 `* S  ucolor_i = 0
    9 \: ]& A/ V# j; Y2 {1 U, D3 k" n# 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
    % T, T  n, h5 O2 qcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]3 F4 V) @. F/ y
    : x" o# `& D1 H: {  o1 ^  r8 f1 w1 [
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买7 u1 O$ i2 l( q1 n
    class load_car:. h" O! e2 T: E1 v( n) B
        # 在表格中,最后一列是分类结果
    3 z, C* w" D3 Q- o# P$ ~- j* G1 S( v7 |    # feature_names: 属性名列表
    ; U' J( n; O0 a    # target_names: 标签(分类)名
    * K" z# ~& m+ j9 E- g- j6 d4 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6 x0 u  C1 M. c: j; Y, U
        # target: 目标分类值列表
    5 L$ V; P4 i3 C* \    def __init__(self):: r* H( |7 \- X4 _* E+ d
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv'). q" Z- d1 a3 m. O
            labels = df.columns.values  o7 x' A* Q# l8 V7 ?% P, s2 o
            data_array = np.array(df[1:])# }+ k0 `6 S" w+ _4 n+ J1 c
            self.feature_names = labels[0:-1]
    2 }6 P2 Q9 e$ H) h; y" t1 D        self.target_names = labels[-1]
      H0 D/ j- v5 W: b& G7 |3 Y        self.data = data_array[0:,0:-1]
    5 m( F6 Q/ }* E" V) y$ k6 @        self.target = data_array[0:,-1]
    + C$ K6 l0 U5 O. Y
    / k' U, X+ W9 r7 r( ^2 _# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒5 M) |- L. F  |2 S* `
    class load_mushroom:. P+ Q) G- O) w1 g- P( D' k# [4 @
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.7 q3 t. b: Y; ~8 U# r2 Z/ p
        # feature_names: 属性名列表
    8 @3 i! O1 K) G' Y( N    # target_names: 标签(分类)名3 r5 d! O9 O, J; C* 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
    : `. b$ }6 e. q; J    # target: 目标分类值列表& [0 o* ~5 R% ]& X8 ~
        def __init__(self):
    * |8 r% k; E( e" q  N9 v! g        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data'). c5 ~& r: U1 a$ |+ p9 H$ N
            data_array = np.array(df)) }* z* }1 h; }+ B. H
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",* v) l0 K( N2 `, t* [
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    ' \: |/ j* L8 I/ s8 v' p, a0 H                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",. ^6 X8 e) ~( S0 p. W5 ]$ d) b% d
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    . |3 l( t/ H* D: Y0 f/ w" |        self.feature_names = labels[1:]
    9 C( p1 S2 o7 T, X  j        self.target_names = labels[0]5 ]# R4 Z- t% q; |
            self.data = data_array[0:,1:]+ _% k2 H& G7 ]: U5 B
            self.target = data_array[0:,0]) p. Y1 R9 {1 y* V, E5 T

    + C. O& l: o# h0 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
    ! m# T6 m" E3 }$ Q0 Fclass new_dataset:  G/ X+ O# O; h9 u% _7 o
        # feature_names: 属性名列表/ t4 |  U0 ~% @% f
        # target_names: 标签(分类)名
    ' W2 p1 d. H# X. P) 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: X0 o9 f0 k. E2 w+ ?) C" F) ]0 S; W
        # target: 目标分类值列表% D( n# {8 ]/ t* b/ ]; n! Y
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):4 B! Z4 ]. a& o) c0 ~' j6 x  a
            self.feature_names = f_n
    ( ~, s; n- I$ B* G9 O4 S. E        self.target_names = t_n- o  o4 U7 @- Q4 F* O- Y
            self.data = d
    , m. s  [! c3 ^: e2 B- N* w  r        self.target = t
    9 {& _- R! B/ ^: g
    ( J! Y6 l( p+ J+ P3 ~# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    8 W' P! r& l1 D7 T8 w#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率$ O% Q: @- D7 j- H
    # target: 分类结果的列表, return: 信息熵8 h$ ~& I% g' U. M9 R
    def get_h(target):  A4 x3 V  H) r+ E8 S* W
        target_count = {}
    ' y* v& Q: x, C0 `1 P& T- p    for i in range(len(target)):! J8 p6 d2 f& m  J# D. k' Z' V0 v
            label = target
    7 ]+ W" \& x% b% R; o0 P0 Q        if label not in target_count.keys():
    1 [6 B3 f* s6 X3 ~! r9 k            target_count[label] = 1.01 V+ d( j1 e% B, G. g
            else:
    4 g, B2 F  o1 a) g            target_count[label] += 1.0* X. p% N$ u( l/ q/ Q  s" K
        h = 0.0& P* }3 Y: B( h  e' K& P8 P: [
        for k in target_count:
      o' g) u7 I. G& T& ^1 G/ T        p = target_count[k] / len(target)2 M/ B8 [/ F5 T. h4 o( b; E  e
            h -= p * log(p, 2)
    / p* m) _) j( l  x    return h
    , `1 Y$ E. E/ F4 {) J7 U
    : U9 o7 b. `% H# 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_value5 q9 n  T0 q6 m1 s
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    9 S9 }& `6 [5 r* h% V  p3 c2 T6 ldef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    & u: R9 K8 W) e) N: N    sub_data = []+ h* v) o) E0 a- x
        sub_target = []* K+ T7 ~- U2 Q) M! |* x
        f_index = -1
    ) v+ x/ G8 B, }4 c. o2 N    for i in range(len(dataset.feature_names)):$ L5 o1 m+ }" M# P9 w1 b  A
            if dataset.feature_names == feature_name:3 f. Q( c+ {! ]
                f_index = i, N+ G4 n7 r' ~6 h7 ~+ Q
                break
    " \% X7 F! L, }) V. s3 w& s& \( o" D# F- C
        for i in range(len(dataset.data)):
    ; F, t2 c: }4 S" g1 C        if dataset.data[f_index] == feature_value:! U# H  y% G5 d5 i: V
                l = list(dataset.data[:f_index])9 N8 Z9 T% k( c" p
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])$ m) A! S2 ]1 C" @+ p, Z+ H
                sub_data.append(l)3 a8 Q1 H  U- E  R' U4 p4 E& }
                sub_target.append(dataset.target)9 v5 u9 C/ R/ W1 R! y
    4 e4 i1 v3 Z+ V( p$ W
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    7 x& P0 n' R& \    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    2 J: v7 b8 Y5 U7 Z/ Q  |7 P8 A    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    0 z# m# U* c+ B* Y  i7 x# @' R3 U: i% p
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分& D/ J( b7 C0 }4 q) j# y
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减5 w. s* V0 _1 g( L& d( v$ q/ z% T8 u
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    1 ^* E9 T) P/ d4 W( ^5 |def best_spilt(dataset):
    # ~; U1 l. M2 s0 K) J/ M& K4 M! O7 Q$ K
        base_h = get_h(dataset.target); x1 a; |. v3 p! B
        best_gain = 0.0# n4 I( y$ B. `, Q) n$ ?" G
        best_feature = None" ^3 `8 }1 r, \4 ~
        for i in range(len(dataset.feature_names)):
    7 o4 e! z, B2 ~        feature_range = []
    - D/ m3 \+ N" o  z$ J8 [0 F        for j in range(len(dataset.data)):" P+ b: F$ k) G2 ]
                if dataset.data[j] not in feature_range:
    / D4 @& G8 {9 W* X                feature_range.append(dataset.data[j])
    ) `6 y& c% F: j) F
    : z% I, j. g: B; }9 l        spilt_h = 0.09 i2 ^- p/ h! V' H$ {( H
            for feature_value in feature_range:) Q: ?0 P/ U9 h# ]7 c. L" T
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)( {9 [( b2 k1 U; K$ y
                spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)! a) ~1 F* }( _5 a
    ! E1 Y5 e. x; M3 O5 V
            if best_gain <= base_h - spilt_h:
    0 z1 S0 |7 H' x6 C: O            best_gain = base_h - spilt_h/ ?) H! R8 ]& d: N# j3 z
                best_feature = dataset.feature_names
    1 R1 z, h1 l6 C0 Y& T
    - B4 Y0 w" H0 l" J. J    return best_feature7 f2 m% R- e+ l3 @
    " {  c- ], d+ Z$ {  l5 ~* H4 ^
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签9 c& a7 a; X" W7 c' ?; K
    def vote_most(dataset):! @5 R! `0 g& P' y+ c. |
        target_range = {}
    , f% x2 U, j$ y$ N    best_target = None; d* }9 m2 J" K3 m
        best_vote = 0& F# F/ T% c1 I3 {" a! r
    $ H% j& ?. Z9 K: x
        for t in dataset.target:3 B, v# i8 ~" T0 F; D
            if t not in target_range.keys():
    * s' b. L; l4 ?. W4 S& n$ c* R            target_range[t] = 17 ?9 C1 v9 q0 l8 ]* H0 c
            else:- x  R2 `8 x5 z& m3 {
                target_range[t] += 1
    2 g8 N; N! u- I1 @  j" }. f7 z' E
        for t in target_range.keys():0 Q( e3 C" b+ ~/ a* R# N4 D
            if target_range[t] > best_vote:7 W2 T6 q9 t% Y
                best_vote = target_range[t]
    1 K  R5 T. D7 o6 I2 m2 F/ F) ~            best_target = t
    # G" T; n; y& n, B; U6 M+ {1 e) ?/ n. P7 M2 ^
        return best_target: ~: `6 O, \' y+ A/ s$ |
    0 X7 w' K( B, i2 S$ ]# L0 N( F' a
    # 返回测试的正确率
    6 R/ ~" C2 Y$ S+ D: s# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表7 e$ N) x) n& [" {. s, |
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    - P/ l2 W6 L+ _% j) ?# q    # print("Predict Result: ", predict_result)
      J% G9 z' E: [7 u    # print("Target Result:  ", target_result)
    1 K2 G" \2 q: _2 Y% m$ J+ i    accuracy_score = 0. S8 T; ]+ O& F
        for i in range(len(predict_result)):
    ! S4 S8 ?# K) F) |        if predict_result == target_result:
    / Y; a$ j; F# _5 p            accuracy_score += 1
    % a1 M3 V: S( ^7 z6 [6 x$ t    return accuracy_score / len(predict_result)
    ; k% P) Z; f, M9 b
    7 I$ W) l7 B; ~& A) @( ]$ u; ^# 决策树的节点结构, m+ d/ c& i* Q, c
    class dt_node:
    3 X% l& i. |' I3 D5 `5 o2 {/ M% t% B1 x, Q/ Z/ o( m$ d1 u
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    * @0 R# {! Q  r' W( e3 {5 r        global nonce4 D4 I6 a+ O) \/ _) `4 f: K
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图$ G# m" a( ?9 }) k0 ]8 X# T
            nonce += 1
    6 _8 c& v+ f+ b0 `$ k1 W        self.feature_name = None
    7 j0 n" j5 Y% `' i' S0 ~        self.target_value = None( f; o' q  p* j) A( H5 @  ^
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签  U) C! F2 z6 E- B' {2 I+ Y
            if not is_leaf:% R* V* i5 r. C* K: h
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
    9 R4 z& n5 t) d0 a% Q        else:
    $ s, v; Z& u& @! ?0 ~% a            self.target_value = content # 叶子节点的标签
    0 s% a! w; f! X9 I* A9 d' N! B! _2 R
    , N2 ^( S& J* F* w0 c        self.parent = parent. F: B$ y9 ?- ~# c
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值: B! v' q) G! ?# r
    4 I  K/ T1 e2 T! Y' [% p) J
    # 决策树模型
    & i( c  m' ^; z% Zclass dt_tree:
    7 O0 C$ n) D  m, ~1 U+ m% _" u8 F; A% R
        def __init__(self):: w  ?# M. k* i
            self.tree = None # 决策树的根节点0 J/ L; u: L8 g, j) @7 A
            self.map_str = """2 e! c7 {- I% g& Y2 g0 N
                digraph demo{
      v, B: R! X  v+ \( S& T8 X            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];5 A- O: T* z5 G
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];# R" U5 R. Z8 R. v. S0 _& ^
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构& I; i9 n1 W2 Q# k- ]
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值$ g5 `* R1 f) u% a* d

    3 H8 T( {% a; a9 y# d    # 训练模型, train_set: 训练集
    4 _: f7 x8 |3 j$ ]5 V    def fit(self, train_set):
    " Q" A6 D. N( y! K2 g0 T6 |# E9 p# F5 I. y8 G
            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# {" ~* M/ ], U9 Y% a; K
                return None
    9 [; v, c" \$ |* h+ `: M  u
    ; `5 U# u3 t( z* b$ `, \        target_all_same = True0 h, s! P% k5 M, g* `3 i
            for i in train_set.target:
    6 q9 x+ j9 D( f" `            if i != train_set.target[0]:
    / x) r$ `$ |( N  ]                target_all_same = False( D& V( n2 B+ G+ C
                    break
    ; a6 \, l2 w9 R' J3 C/ |0 J
    4 L2 p( x  @: N( }$ U  s9 K* P        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- Y9 V0 f4 ]9 l3 G" i" l& z
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    5 \# n$ V) q, x1 \2 G; q( b9 E3 D            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点" n4 y: ]5 Q- V8 n- _5 {
                    self.tree = node- g2 b' U3 ?. p' O7 a( ]; J- F" H

    5 G. E1 I. P5 N% C) y5 _, g            # 用于作图, 更新 map_str 内容, 为树图增加一个内容为标签值的叶子节点
    / G/ @5 S/ E5 T4 E( V            node_content = "标签:" + str(node.target_value)) B; H  v+ F' y2 x4 f8 E; N$ w
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    ! n' E/ o/ W* q0 E% E+ ]
    # I2 p2 A7 E9 M1 {3 J- A7 _            return node
    9 e+ o: Q2 E4 `        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
    # D7 J5 `4 p. E1 L& t: 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
    5 d3 U+ ]2 v; f            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点( b5 _2 l- }& l9 m5 B) X. W) S
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    3 E# y9 B( z' J$ M) x: m                self.tree = node9 Z" c& p9 v) u- @0 u$ `) e
    6 G! Q: n4 k$ h7 H: 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
    + n% Y+ K1 U4 Q" A0 i& T; J            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    . f1 _4 e) c" g0 P            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    5 T, j# ~! F* o8 n/ ~
    6 G' q7 J9 a9 H$ f3 Q8 y* K            return node
    # H: z$ X5 ~. P        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    " [5 L9 n9 z& K, A; g            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    - ~; e0 v' ]7 [            best_feature_index = -1) j1 r' i& N1 E. Y
                for i in range(len(train_set.feature_names)):+ _6 x9 Q0 k- h9 e7 M
                    if train_set.feature_names == best_feature:
    " q7 }: U9 {1 i! I  j                    best_feature_index = i
    0 P; |3 J- b3 Y                    break
    9 z& E# [' j9 q' _7 m5 O9 p$ q  e; U* N" H- a3 j
                node = dt_node(best_feature)+ q3 c2 B, D4 @0 q5 G) o
                node.vote_most = vote_most(train_set)
    ! S7 `- d* v0 K+ j            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    - a& r/ q2 r+ A) g4 S0 W                self.tree = node$ c% D+ `7 D" I$ i4 I8 I$ }
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色3 A5 O3 B) T0 n/ J2 I2 h3 u
                    for i in range(len(train_set.target)):
    + k# ]1 W' `9 g3 N  x5 _, R/ D                    if train_set.target not in self.color_dir:' j) A: _% {, H( e9 W0 V( |$ x
                            global color_i0 A" l/ r) w- ?- d) a% g" p
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]/ c) ?* a2 S* L3 H- U2 ^) k$ C8 }
                            color_i += 1% \5 R  T; j( h7 m* @- P# z( v
                            color_i %= len(color_set)5 E7 u& A$ r, B1 j

    % L; i  Q1 H( n7 s6 q. u+ m8 B2 ?            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值9 {" {8 {! ~! ?
                for t in train_set.data:
    # S* @: ~; e( M: g4 o4 ~0 k                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    ! w- T) s* v  f  O                    feature_range.append(t[best_feature_index])
    . S6 c# y  A& V3 T5 E0 G! K+ l
    ; \6 h. g4 K" l' F  E# G            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    4 w. p2 i8 A- G) }1 P" R  x            node_content = "属性:" + node.feature_name
    + G7 m; U4 N% q0 A+ c            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    3 j2 |9 k8 I1 w) _: w
    0 h) t5 S/ e3 b9 W# h& H            for feature_value in feature_range:
    5 N; M6 v3 i; i: U                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集7 v. D4 ]' v, u* w- k/ c3 R, r. c
                    node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    / N: t# S4 T& l8 x                if node.child[feature_value] == None:
    ) k' q  ~) ]2 d5 q& j" b                    # 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( a! u: F: c* K( r5 P
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    9 a- `" s7 d3 D0 F" W% Y& ?                node.child[feature_value].parent = node
    $ p+ ~! S' v: J0 c3 u) E3 E, {9 |- [( c
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线1 f/ i$ g4 V! @$ y1 |9 x' t7 T
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"% W% |& n7 R$ K4 G
    % i5 s2 h% ?" N3 v
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    ! h$ _% V& I7 |& A1 r% s            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    3 B# M: v( l: }2 _8 I  {# E- B8 w            # for feature_value in feature_range:- [4 p6 a+ c* f9 q6 ]" }; N1 i
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    ; S9 B1 N  G' i0 C6 [5 }* @! M            return node  A1 J& s% R1 a& F  F% N
    9 j: `" ~, S5 p' Q
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测: N. H% H9 o% N' n
        def predict(self, test_set):5 \' ~, y3 k* W/ }7 ]$ u
            test_result = []( ~& G! d& X8 h1 G0 }* @  R
            for test in test_set.data:7 G- v, V7 }  h" z3 D# S- c( H
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    7 T5 t8 c/ p1 {# U, e- V            while node.target_value == None:
    ' P" ~) G8 h1 T. D; P# C                feature_name_index = -1
    3 s1 ^; r; ]  R! [7 a2 o2 I( x, d6 l                for i in range(len(test_set.feature_names)):
    4 l; v3 p* H& U; V" g8 c; G                    if test_set.feature_names == node.feature_name:
    + Q2 M6 T, o# ^) S                        feature_name_index = i
    , ~0 f! D. q& z  m, r                        break" G$ N( A' f8 q- e1 U
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    - ^* h% j1 K+ \6 _0 h                    break& T* c7 l2 @$ d4 x
                    else:& F' p% i9 K+ t4 s  a0 a6 |
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    & W$ Q) X) \1 N3 {& V3 g1 S6 q- V) g
                if node.target_value == None:
    ) x4 w" H1 [$ l7 R2 `1 n6 ^                test_result.append(node.vote_most)1 O6 F/ q" k8 o2 E% m" J% U0 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
    , T: \+ |! `; p                test_result.append(node.target_value)  |) h8 C8 P4 C  d" F7 J, p+ Y

    4 C' ?% i% K+ E- Z; p7 q        return test_result
    ! C8 x* n( i/ `/ E
    9 _5 B+ j0 ]$ ~3 D0 I    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    ' p: ~6 G* D' ~' L! g7 o+ Y0 N    def show_tree(self, path="demo.png"):( ~' {9 S& S; W3 z6 M
            map = self.map_str + "}"
    3 q/ H  p  x% l& I2 K0 r        print(map)2 ]# t+ U/ N) g- a
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
      p3 N2 t3 {5 b$ n& ^* |) W7 j  ~& Q        graph.write_png(path)& ?! q" d7 r" ]2 S

    & r8 m5 x7 ~( v$ N( I) A9 @# 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
      \4 a6 J- Q  M/ ]/ P0 A+ v& Zdef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):0 }/ M* @$ s& g3 e
        c = dataset
    ! ~! e8 L# ]6 l" }; |    r = range(5, len(c.data) - 1, interval): D, l) M, T/ W* r4 K) q4 }
        rates = []
    3 d% Z* w4 D8 i( @% m0 v    for train_num in r:
      ~- `% l$ p0 E7 y8 \        print(train_num)$ I2 b% {' Q: x6 k6 O3 W
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])$ v8 G: y7 J+ o/ ~
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    5 V4 U) v1 Y  P" j$ l+ P) M        dt = dt_tree()
    & l* C1 ~* G+ q/ v        dt.fit(train_set)# d& g, w- b2 F& O1 g! V# q8 v
            rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    # p6 t( E$ \: |: Z( o2 t
    # y) E+ P5 A/ w& Q2 y/ f    print(rates)
    0 K% t& f' e* w7 V+ X    plt.plot(r, rates)6 v) s. y# t. X! P' q
        plt.ylabel(label)- Y4 c; W4 n1 q* q0 Y3 o
        plt.show()
    7 t3 }  M3 _# `* X& y
    & ]+ k: `2 ^2 E( V3 [if __name__ == '__main__':
    + B/ ?  `, [2 j' z/ z2 m
    4 V9 h' s% Y/ A. u+ k    c = load_car()  # 载入汽车数据集
    $ a' ~4 Y# o# V7 F! ^0 F    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    & N8 a; Z, [+ x* s5 O2 M    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)% r" i9 a& Z. q
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])2 `  Z, i$ O: K0 n1 N/ @, V. f
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])5 H" _: G) |5 N% G. f7 {
    ( t0 K) m' e6 e- Y2 E. [
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    ; E8 S8 C  Y1 t$ q$ o    dt.fit(train_set)  # 训练9 p- |7 h( ]; a  t" |+ I2 [
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片3 [) V& N' x6 ?3 ^: ^9 G
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    ! M% e$ M* o9 b0 X7 `# T8 H+ B" X2 z" l8 e  Q
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car"); D- Z9 J) J* ~; o/ j" g1 C
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20): a% ^, c  d) |1 |$ ]$ Y# L7 V

    # \4 K' k4 q. H5 S5 T: q0 Y/ w7 d7 b( m
    ' s- N9 Z8 \2 Y4 a  E, t( X
    1
    5 Y6 ~9 X# A/ o# L$ U! t: s22 W  X, k& h6 p/ T. b& C  [
    3
    0 h6 L! S) U/ _. i: |4
    8 N8 T: q. t! w$ @# f53 L' j$ w, _- e
    6
    ) z/ d. I9 S; q- ?7& a# O. O" f& l% ^' ^' g
    85 b: X3 b0 ?. B
    9
    # X3 `" r7 B- U7 d7 b10. Q4 K) X' T  U
    11" T, z# r( K# F) T5 ~. Z- ?+ V+ P$ i
    12) B% T2 \7 K, P& Q7 |  D
    13
    ( E5 m1 [7 w# ]$ P% w; R2 c1 x) C, F2 _14" b3 H* {1 O) _. E) y7 C  [) O/ Z
    15
    0 S- H: o( P9 U/ f: f+ n16
    8 z8 \) c0 f4 e3 X17# b" g( @/ ~8 E' o% S, Q# I8 j4 N
    189 Y. t/ ]3 M9 {$ W
    19# U9 @; `) b8 o' P% e
    20- g6 n2 s4 ~+ M9 a) z7 }) x' Y) V
    21
    1 ?' [5 G$ n* P( [5 ^22
    ) `  i  S1 l$ B0 X5 E! T+ e- t23. ^5 B0 c) d! H4 x' c( r$ ]' c  _
    24
    8 K" _6 n: T; t+ M8 Z& r( H3 @25
    - g+ V- d& H/ ?; B26
    9 N8 ^" D/ S/ X% ~$ M% l9 y27
    - d2 p+ M% m. U; h4 A: E- o% {28
    5 H( G1 X. E5 L) {: j# w29
    ; r  B1 I- z7 i9 k) F3 V+ [. Z30$ Z) f4 ~6 l* y4 f* T; a
    317 _7 @2 X, W9 f, \  I2 `* m( `& o
    32
    3 T0 w5 l  [. `2 y( f33
    3 S9 i) x. [/ a& v% [1 G34
    1 a& H9 u2 O2 h7 A# i, \+ P& ?356 V0 h& \/ H  g) m2 @9 D  s! Q% v# |
    36
    " \; y0 m6 j! k3 X) x7 v373 ~# B  ?$ X. }# k. G6 {
    385 x+ r% w1 Y5 O) {( d# Y
    39
    1 A( ?. i5 x5 Y7 v5 k6 t406 i3 X" Y5 \9 _: ~( ]
    41$ `! _0 D, w5 o
    42; T$ K& t; X, p; w2 u& s
    43
    : S1 H. P  r% `% i2 Z44
    / a, j  P3 {% X$ l7 O6 F45& f: L" H; ~( j, A: ?! O) _
    46
    0 ]: H/ L. B9 V/ |5 s- _47
    ' T8 S4 W2 |8 k8 X, ^3 D48
    4 v* d. G. F1 I# n( j+ m490 V/ \1 J/ o# K2 Q, D5 B1 w
    50
    # J9 L) v8 ^" l  b9 M5 ~/ M$ M51
    ; V' f4 x2 J% M" u52$ g0 h, x. T% ~( ^3 m
    53
    ; G( U$ N- p! D; X- k54
    & r5 O8 e" v! ?& S, l55+ G$ a' }% p  |7 |, E# K
    56
    6 [' l3 T# _) Q) Q: F- W) F& r57
    0 Y; ^' `7 B2 A; Z; n58
    / \% k" q* S  _, |3 V59
    3 J( d  \- z+ U3 j* b60" f0 G3 b9 j1 C2 G. ]! \% z
    61
    5 A6 r5 s% C, r+ @62
    + |! Q+ e; g" @( t! S& I+ Y! _63
    : N( U6 R9 g$ o0 I64
    , @7 f) v" h8 \  `8 n" ^65
    ) S6 C# p: `, k' p5 Y. p6 @66- F" B7 ~  s# g; a0 Z3 i1 ~
    67
    6 s( r! G8 f7 u* Y68) t$ t* J8 \4 W- D% n+ j3 Q
    69
    ( T! D/ V/ n  c8 g& n- {1 K8 f704 P6 H7 @+ x8 W8 S
    71
    / I) j: t4 q1 s* l- f729 h8 D1 M( d' @& B' A; u
    73  j1 Z' h. {5 D6 L; K8 ~; l- C
    74* s* r+ r! N' m+ N" B
    75
    ) v1 S5 }6 z+ ]4 m$ m76
    3 W1 j6 d2 _. j: N( ?& n$ K77- B; J& ~7 U: J4 z& ]( X+ [) B; p0 b
    78. y& L5 }. p) ]7 Y$ g; b; E
    79% S# N" ]. |, D+ [8 b
    80
    6 |$ v) w( u2 l4 M0 t81: C( n$ z4 S" F6 W. I: n
    82( Z- l2 |; T! W
    83
    8 X5 M/ H0 d+ K% O, }" H7 G0 R$ x( |840 C9 J( n9 ]( x
    85
    1 p' x; X8 b3 o: m86
    , D- Y+ ]% v2 l# q- Q6 }879 F# A% i7 j& E7 M& Q$ K' C6 k
    88# B! I/ o# S0 N. ?" j; o% Y' a0 n% M
    89
    . \/ t: W, ]5 G' ?1 V9 V/ ^- n7 C90
    + J  {3 m8 {+ J5 B. w914 C! Y% E; G1 s" }
    92
    8 \9 Y0 c- W0 D; u  n4 t93
    ! T" ^0 U$ h9 O, _* K% v2 N  Q943 J6 ~/ A& E1 s( S  D
    95
    ( u$ j  ~" ?* w6 {7 k96
      y( X8 t& V* X# ^% j: i. W97
    7 @5 ~% x0 G) V/ b- ~! E4 I9 x98" X0 f6 A$ _3 |" I+ F) h, C- @- A
    99
    $ R' l3 D0 @6 `# U4 ~7 ?, S& J* b8 O100
    1 F% u7 T" n4 d/ K0 ]$ g1 d101! P- H* ^2 F# `- O) \) @7 p6 H
    102
    - X6 X* k( E- d# T9 |# k103
    ( D2 o1 n& F2 w104
    % J0 s/ e/ \9 T! J4 l# \105
    " L7 e! e. W$ W/ Q) [106! z" e% h( f: l+ q+ U+ ?9 Q9 s
    107
    ) M, X" v" t9 c( j' t108) h$ l' J1 J+ d( _; S. V9 F9 Z
    109
    + [6 C% D: E8 }4 ?7 ^& J# v110
    3 B! S1 i; W; n111& a& r! n8 w) v5 P4 }' C  @
    112
    3 @& o- S. J, F. R: C# s- @( k" M" e113- z1 s" ?" Y# `
    114
    ! F/ q- @! b6 S6 m* t" H5 w115& Z0 R4 ]* S) B7 \% t3 E
    116
    ; J" J& G# L& \7 E) E% Q8 }117
    ( c" U  i2 [& s# O7 O' B) Q/ l/ J1185 C$ t- j" C  D& L/ ^) k. a) T
    119
    ; V) M# w2 A% y. I# A120
    ) v: F1 b( Z. u; w, D121
    - B9 P7 |" n. K% q3 a7 ^122
    / ~: r) g! V! M1 `4 Z& X9 x* [' s123) S. m3 N, a0 V7 [/ }" m
    124
    : j# g$ V( L- X% I1 C125
    : D/ y" a  E( l  A" s- X( W126
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