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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
    1 V% F3 y& X/ o# `4 [9 f9 j
    " s) G# U' U" `. j; M' G决策树模型% y5 i& e; |4 D+ ^
    目录, D% C0 ?$ H- W" N  w# `% d
    人工智能第五次实验报告 1
    . Z% s+ |1 }- i! k3 R( i, x决策树模型 1, W/ J* i& _3 F4 m& _
    一 、问题背景 1
    # s7 ~- x+ D0 t1.1 监督学习简介 1
    & a8 H8 s  u* N4 J: K+ w' n3 t1.2 决策树简介 10 X5 x2 g( o& S0 E3 u
    二 、程序说明 3
    : O* r7 p9 G+ s2.1 数据载入 3
    / C! D" j% H% t* Q' v2.2 功能函数 3: ~5 c: k- `* M# o* \. ^8 y3 @) u
    2.3 决策树模型 4# C, j. I3 k* G4 }& [! h% @
    三 、程序测试 5- ^' ]. @: ~/ l) r; X2 T
    3.1 数据集说明 5
    ; X+ X1 N5 w0 D7 b4 X) r% w3.2 决策树生成和测试 6# `& L3 U! ~0 `+ Q* d
    3.3 学习曲线评估算法精度 7
      P. t; d* ^9 o' Y* G& L  v四 、实验总结 8
    " E1 n0 ?  g* R  X  N4 e附 录 - 程序代码 8
      @* E! U; ^& {一 、问题背景& [7 i# o- V7 m2 U0 S: M
    1.1监督学习简介
    ( s: k2 z: z: Q& y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 l6 N' q- h: X) L
    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。# k* }  R$ W! S% ]( J  A- R/ n
    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。6 Y; c, Q3 ^4 ?5 w+ x5 p1 o
    1.2决策树简介" N: n* Z, v) D8 U! Z) T
    决策树归纳是一类简单的机器学习形式,它表示为一个函数,以属性值向量作为输入,返回一个决策。& K, k! x; p6 E/ r) P
    决策树的组成3 f( }# t5 B+ ^( \7 D
    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。
    8 h: V8 d5 j* |% _" _1 V
    & a1 J7 T, O6 l2 Jimport numpy as np
    & B1 y$ b, Y. E! _from matplotlib import pyplot as plt
    8 Z- O- w1 d7 g4 H. bfrom math import log! l) c& Y0 G8 p$ f
    import pandas as pd
    5 @) |9 S# x  C4 y7 W7 s) Y  simport pydotplus as pdp# s# f7 b8 u6 A" K$ p+ N
    4 S6 {% }2 x. v* U& P7 n) W
    """+ ]3 \4 {7 W7 ~6 V) L1 C( X
    19335286 郑有为( r' l5 r' A6 r0 l/ T
    人工智能作业 - 实现ID3决策树/ Z! `: z+ m; g1 K- e
    """
    4 L% v, N* `+ w) Q" u: u1 k
    ' U6 c3 Q1 m5 E# g9 U8 W1 M$ p. Mnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID! W# f4 Z* H3 x" X
    color_i = 0. z9 H" P) e5 }5 _8 ?
    # 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
    - K6 J) m0 ~, p4 i5 J* u" |color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    ; X' B0 S* _. M" R. ^( @' H3 O! t0 B5 |% D8 u1 ]' Q+ G
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    $ i. P. W/ K* S& J1 gclass load_car:
    2 C; i6 X! v, j    # 在表格中,最后一列是分类结果
    / T& m2 @, [& o0 ]    # feature_names: 属性名列表
    , ?2 [+ G6 m3 b8 m) `5 r    # target_names: 标签(分类)名+ T# ]2 b. E! W5 x5 e+ l  f1 |
        # 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# T* A' I0 B  d  D+ W6 d
        # target: 目标分类值列表8 U$ q0 _  D- y/ J7 h; {: S: Q
        def __init__(self):& m5 M0 \( y9 ]; P3 d; U3 `. E% [
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    " F! }1 P) {/ N# ]        labels = df.columns.values
    1 t6 B5 g0 A) X, y6 J) ^5 T        data_array = np.array(df[1:])
    ; }8 c: T& E" s# ~        self.feature_names = labels[0:-1]
      J( {6 `6 T5 X4 L9 D+ `; Z        self.target_names = labels[-1]
    + B) s! U5 `, o) V( ?        self.data = data_array[0:,0:-1]" \, J9 }  W) K6 p) P$ a
            self.target = data_array[0:,-1]
    * F+ ?' [+ h0 p. E
    ' Q2 W) C- C% Q# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    - D) f+ f9 p1 rclass load_mushroom:' ~( ]6 L& r. U0 n1 X! b
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    + H8 c7 E% s# M3 w8 q8 A    # feature_names: 属性名列表) _: \5 `6 L/ p7 n5 `
        # target_names: 标签(分类)名' o" |/ ~" W& `+ 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
    3 B  J5 F1 c4 T1 {1 w- x6 r4 F    # target: 目标分类值列表' }# z) z9 x, Z
        def __init__(self):
    : C% F0 a) R0 l2 D/ [" p* i# A        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    2 O# v8 W- X) _: N1 ~        data_array = np.array(df)
    # B6 S! d* l% t* |        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
    8 w7 s2 M, A7 Q2 m" X* u! f7 r                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",3 s9 Z6 K: c# ]8 s  {) Q* D5 M+ w
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
    0 V7 }4 G8 J; H0 m                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]+ `( X: P  P& R! G% g
            self.feature_names = labels[1:]
    1 w) b3 \/ E& c0 ]        self.target_names = labels[0]
    - h4 Z6 i! `8 n; a7 g- [+ f        self.data = data_array[0:,1:]
    + Y5 ?3 W& ?2 O# h) N/ t; j6 v        self.target = data_array[0:,0]
    : a# V* t) P( U; i6 C* ?" m% i; u* j. @& q# T5 I9 k- ]
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用5 ?- t5 u+ D, x0 q- P+ x) f& S. n" v
    class new_dataset:$ w! {$ @, A8 V3 {& ]
        # feature_names: 属性名列表- M7 n' _0 E! n2 ^$ T
        # target_names: 标签(分类)名, O- M% t& H) v; y& u% ?0 \
        # 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
    , n: s! N7 y' J2 [+ x6 w) b    # target: 目标分类值列表8 }1 D* L" S0 l/ w+ L
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    2 I6 v: H' _( t4 L" ^. Q9 g        self.feature_names = f_n5 n, C3 k4 i" z  g& E
            self.target_names = t_n
    ; d5 m- V8 b5 [  J& z        self.data = d
    # v% @5 A7 V( N5 g: e* V: N        self.target = t
    7 I1 G0 n9 C, V% W' e, a6 u8 D: ?* I9 N
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$8 _' v* _# U) ?8 R
    #        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    ' o8 K/ W) c! o9 n5 P: d% c" P5 S# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    + g! E. @, ~  Z! _2 }3 x! `def get_h(target):: w% B2 Q1 Y" e5 v
        target_count = {}5 V# d( G2 A) u
        for i in range(len(target)):
    ( ?: J+ a' G, R5 \4 O  p1 H        label = target
    : c8 S) H) i* O9 f- @! ~" L        if label not in target_count.keys():  Y: P& P% _5 X& n) o) _2 @
                target_count[label] = 1.0
    5 f3 \3 j% c( R! z        else:6 X9 P- q- }+ n( x* b6 n
                target_count[label] += 1.0
    # X2 y; r% e+ B. H    h = 0.0
    & v* ]7 C: b3 \' b3 _! q0 ~! r4 H& D    for k in target_count:
      z6 H& y4 N4 L5 P  q( X$ E        p = target_count[k] / len(target)
    9 _; C2 U% a- Z        h -= p * log(p, 2)  a+ t$ O2 s6 _- j5 C% O6 {- m
        return h
    1 ]) `5 }& y4 z3 |9 J" @9 ]6 B5 B/ E! M- C5 N6 M+ E% c
    # 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_value2 }6 M9 S9 W# T- |! g
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列; ~3 U. ?; ]" m5 B4 }
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):1 P, R. u0 t& q9 G" S
        sub_data = []! s2 _- ?/ v6 b9 R% T
        sub_target = []0 v" g3 [" U8 D8 A! s
        f_index = -1
    4 u) E7 ~; q. E( G) [3 [% p    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    ( S! ^/ T) P# q: Z* o        if dataset.feature_names == feature_name:
    5 L7 Z$ S; o% r  G; p            f_index = i
    ! _' s9 o' a+ B( _            break  v9 b( P! D+ [" y# ^8 _7 m

    $ Z# s) t2 t9 S    for i in range(len(dataset.data)):) c8 u0 l2 J6 i" C* e; h
            if dataset.data[f_index] == feature_value:% K7 P* h3 N' c$ O6 T* W4 ~
                l = list(dataset.data[:f_index])2 R* U0 @) h; t" G' l. \
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    ) y* Q: P6 A/ `- t' c% }! s            sub_data.append(l)( a* ]$ o" O7 F- \% C4 k6 H, J
                sub_target.append(dataset.target)! k/ N* B6 U% w- R

    ) ]% _- [0 q& ?$ C    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    . C" d& u2 {( {4 S    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    9 E! B" v" U) }    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    : @/ I+ F# E  T: g! L: t2 i6 @/ \, N1 S
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分' t! m, Z+ t7 c0 ?6 x" o
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    & f9 t  n; O/ w# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$; B8 j  _) [* j2 c$ G
    def best_spilt(dataset):
    ) v3 K# W* f0 F. u8 I7 K: s+ h' O# N
        base_h = get_h(dataset.target)
    + p- `) h. S* @    best_gain = 0.0
    ) Y$ {8 `7 v1 L  M: Z# t! @    best_feature = None7 y. M( X. C% {
        for i in range(len(dataset.feature_names)):) Y- G: e6 K' J2 p. ^
            feature_range = []
    % |) n/ {6 g& w/ V        for j in range(len(dataset.data)):
      n: B  g7 T9 h, Q( ]2 Z6 l            if dataset.data[j] not in feature_range:
    0 t3 S* B- a6 ~9 ^+ S& O  G                feature_range.append(dataset.data[j])  ~/ p, Z$ h: X2 B& R3 q

    8 a  [, \* I3 z4 c( t        spilt_h = 0.0: H: q4 _9 R: v6 T% _7 J
            for feature_value in feature_range:
    & A- Z' ^$ t8 {$ y. ?  U/ K5 G7 n            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    1 A8 C4 r: z  {            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)2 F" n* A7 L, V+ E. F
    7 p* B5 \2 L2 g4 K0 I; E
            if best_gain <= base_h - spilt_h:% Z, S+ w( s' ]' |+ _8 L' f$ M% r
                best_gain = base_h - spilt_h1 C! n8 O% {( C4 c
                best_feature = dataset.feature_names; s! F# V: |- r; _1 D' F- x

    1 h- D1 ?0 Q  r2 H" D  f    return best_feature) {8 g) b, }  n# o
    9 w1 O$ i0 r( A' {
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签4 V+ W5 n; {9 f6 [' V5 y
    def vote_most(dataset):8 Q, {. J- C9 l) F+ t7 [
        target_range = {}9 t% u. _, Y  e6 n  K
        best_target = None8 C' P6 r3 u2 ~* }+ ~
        best_vote = 09 |: Q. @' b+ Q. e+ a7 l# u  q

    1 d; O) V4 J/ |# v    for t in dataset.target:
    3 c( R, d3 x7 W$ b, i        if t not in target_range.keys():1 g/ @1 ^- n) w! o. b5 Z
                target_range[t] = 1  O0 t/ U5 ^6 k7 C, p
            else:% O# `1 p! W1 C% K* w; Z# v
                target_range[t] += 1
    ( [) ~. O2 A& Z, W6 C$ [3 w9 {
    # a- Y' d" ?  Z+ d) q( c- N% v    for t in target_range.keys():
    2 z+ r7 `: N/ ^# M- f( W" t        if target_range[t] > best_vote:* v8 Y& W( D2 D, V
                best_vote = target_range[t]
    0 t7 A3 f  s, b- C+ }            best_target = t
    4 Z% F3 I6 d( i; {$ x* T; q( S( g
        return best_target1 V1 e' E7 L& Z. `$ m0 f3 M; q

    : J! ^% x# v: b5 B, k5 ~# 返回测试的正确率5 y+ i* M$ F! t( u, P, k$ V4 E5 c
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表+ O4 @6 j. E2 i2 l. K
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    8 s! I" n+ V, t) {    # print("Predict Result: ", predict_result)4 D$ @' g$ i: L! W: k' E7 `6 h8 H7 b
        # print("Target Result:  ", target_result)* P% v# k# a9 G  t5 n4 `
        accuracy_score = 0. H- ]9 Z* {6 {0 _2 @
        for i in range(len(predict_result)):, o! g8 r1 _; R5 k  \# C
            if predict_result == target_result:. I  G, V: C4 Z. @- L
                accuracy_score += 1) Z( D" j1 B' a3 n
        return accuracy_score / len(predict_result)# m: [! V9 v8 z0 O$ q
    9 ]+ ~; \# E" ~+ w& x7 Q
    # 决策树的节点结构
    6 w4 {7 v' i4 }% j8 k0 Sclass dt_node:" _- r, v7 j2 X5 L' K# w/ V

    0 n# q- b1 G, h' d( C& i    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):3 t* Y6 F4 d5 Y0 _& ~
            global nonce* ~: }! Y* b; R+ E
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
    1 H( f5 r9 P2 y5 ]3 M$ b6 P        nonce += 1$ e' t( E1 y' r7 ^, y& a% v& o7 S) P
            self.feature_name = None) P5 t, x4 x  l6 H" I5 H
            self.target_value = None+ l0 K  ]. M. ~6 J/ ]2 j
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签* m* V- L9 \) m+ C+ p6 q  C: G  W
            if not is_leaf:
    6 s1 M- a+ [9 W/ H: k, R2 y7 z            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
      g  N% R5 J  R        else:# j1 w1 N7 ~3 w$ m: {5 D  d
                self.target_value = content # 叶子节点的标签( g( J* R7 n, I6 X* [

    3 s/ `6 C- I# t/ S3 X        self.parent = parent6 {5 @4 G" Y6 i
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值0 z- s+ p# R" x* h' C  t* a
    & h8 X. H" R. i. |: j  [+ ~
    # 决策树模型! l, J: n( H5 G) I4 c, v
    class dt_tree:8 U# i1 H9 `' U7 x
    : S/ ]# G$ E+ S* P
        def __init__(self):5 S4 e* ?  s9 u4 l  {( @
            self.tree = None # 决策树的根节点
    5 }6 u/ f# y" S0 `; C        self.map_str = """
    5 J1 U- T0 e8 h            digraph demo{! J8 Y9 f9 _" x. F+ E  `) t' L0 t
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    4 [* `% m6 j  b* u! o7 l! r            edge [fontname="Microsoft YaHei"];  J* J, \. }7 a% w: J2 B/ M' v/ m: S
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构6 [( `9 j. C" u5 c5 t
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
      B0 y6 r: q5 B
    / _. H! I5 W  I6 S4 x' i8 t. w- q# t    # 训练模型, train_set: 训练集, d- D( t+ D+ K) O' ?  K3 e
        def fit(self, train_set):
    ) i7 D1 n! Y6 O
    7 s! x& q  Z: u# O        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) Q- b+ Y8 t% b& c4 I
                return None
    ) c1 a3 |( ^: R1 F7 J
    # J5 v2 q, v+ i- v0 B        target_all_same = True# c: }/ I- J8 A
            for i in train_set.target:% e; b2 Z. v% g% U' {4 @
                if i != train_set.target[0]:* k6 ~( G- R7 v, k, [& ]
                    target_all_same = False
    % k/ k7 D2 d. [$ O3 m                break9 ^! \( p6 K. C3 G+ L0 B3 y; m

    2 r& R' U7 l. r" K8 x( q2 z        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
    4 ]/ z/ ~- z; E1 k' |            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    1 u/ T2 ~% O0 r4 r. `; q# A            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
      J# W1 F+ n5 d1 O" @) Q$ |' ~                self.tree = node
    ' F9 N! H- ]# c7 E  u1 Z) ~+ H: K
    5 Z. u3 ?* B, X            # 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0 r$ o$ J  r. F. I# z
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)) V' H- t0 w3 U; W2 }+ m/ v
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"' h" ]' E0 v0 U  [9 R7 t% n

    ; l: M; O: \: G            return node( X5 |* C' H& N6 e% s$ @
            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
    8 `8 s  A6 x( n$ h4 a6 }" c) F6 E            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
    ) D, ]' E$ `; E% c            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    . o# T! ]# Y2 K+ V0 w! }, M                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]: m. z4 b9 s: ]5 f6 m6 f5 D( C
                    self.tree = node& e% |# o9 E- C6 C
    3 `" j: {& X7 a/ 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
    9 l+ ?. d5 ]6 l3 \# v1 ?$ Y  `9 R            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    1 {& |. @1 f& ~$ p. I            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    - O& o0 f3 f8 O4 J% L# S9 E1 A8 i2 F) V1 y+ |- D
                return node/ k4 M1 Y3 p/ L
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
      d, q2 D! X1 H' d, I            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    % B1 Q: @6 u1 J% o1 n; c$ @            best_feature_index = -11 ^" J2 s7 E- k4 Q0 k
                for i in range(len(train_set.feature_names)):
    ) i" z, Q0 D- e* c9 l9 m* `+ w) w                if train_set.feature_names == best_feature:8 C( O, {/ T) a4 y! g9 W' j
                        best_feature_index = i9 ~( b$ ]) N$ Y+ n; Q0 G, t# {1 w
                        break
    : K8 L, ^& P: q0 e9 k
    4 d" B. D0 k) u3 ~            node = dt_node(best_feature), E5 n5 F& G: x7 V/ l% o6 b1 a0 n2 [5 q0 `
                node.vote_most = vote_most(train_set)1 q( B+ P, q' T$ h" G" g
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    ) c- b" e9 @! @' C0 S" f' W                self.tree = node- q. g) I; M& y+ I# Z
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    7 t; _2 H& T0 W. j                for i in range(len(train_set.target)):
    , A5 _; ?+ {0 [                    if train_set.target not in self.color_dir:5 Z5 E. v) D1 \) x* }
                            global color_i
    - r: i8 K" B3 o. Y                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    " s/ Q) a( O0 J5 y! S                        color_i += 1
    7 n: H+ d( a; a! d0 P                        color_i %= len(color_set)
    8 B1 d# h, j) [: }) B- n4 B6 ^" k3 ?8 ?  D* G  j1 d9 f% r
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值+ U% _& i, D+ m
                for t in train_set.data:/ R! Z# a; d$ O5 A) e" J
                    if t[best_feature_index] not in feature_range:
    0 ^6 p* k$ h2 @& W5 j8 ^                    feature_range.append(t[best_feature_index])1 c( f: t* ~  W# k: k  e$ e, a

    ' e# {/ m$ h  J7 ^            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    - G, V: z4 ]! \& M! u8 m            node_content = "属性:" + node.feature_name
    : V. S1 F$ x) R, I; b            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"2 _5 y1 i' Q! U3 h4 J9 G
    4 {' t2 W+ \2 O! u8 v
                for feature_value in feature_range:
    & Y5 j. z6 p& T9 z                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    0 D4 p4 l; r2 ?                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点: S& {  ]% J: y) e& @" C  L0 l! e
                    if node.child[feature_value] == None:
    & \0 R& E7 C/ C                    # 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
    # E5 @$ |* X" q$ s" q                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)- ?7 }& ~0 `: j6 E
                    node.child[feature_value].parent = node
    3 ]5 O8 h/ D8 r8 M$ j+ a( w9 N' ~5 `8 V3 m" \3 _9 Q
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线& J# g- S: Q1 N$ D5 @/ ]
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    2 [# T: T- ]8 K; J, u. {) u) a" W/ o0 _8 }: A0 w  o0 M
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    7 @+ K  M- ]  |" L9 g1 G            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    ! `5 x+ V9 x/ |- _            # for feature_value in feature_range:4 \% X9 p% Z5 h! T5 ?
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    # B+ o# R! z( M) t+ O# a8 ?            return node# F2 i& f" j" \& {9 t$ P
    & z& Y2 t4 `/ N6 u
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测9 K3 z  \- S; O: [+ Z1 u
        def predict(self, test_set):
    : U2 l% ~, Z9 \2 h' ^        test_result = []
    5 I' a- Z- T: m' r        for test in test_set.data:
    , ], Q& `) v" Y9 S            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    1 N( y8 I# [- ?: y) ]: d            while node.target_value == None:! A6 `' C. |0 A9 t0 Y& {
                    feature_name_index = -17 C$ ^) Q2 y' [2 M) M
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):
    ! E( m/ O5 m$ X9 A9 Z                    if test_set.feature_names == node.feature_name:
    / `9 r- y# m9 S9 `                        feature_name_index = i
    " ?! |+ q7 i+ |3 v0 C$ I( U                        break
    0 E% ?$ E# }) P$ v- c. P; u                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():6 v# i" F" b7 d. b  |
                        break) W  Q  `7 x4 v$ B4 W: ]5 [# K
                    else:
    + t) x+ _5 P4 T! X4 }% N  F& p/ q4 m( ^                    node = node.child[test[feature_name_index]]* L; V3 ?7 Q. E+ @9 M, r

    ! p- t5 m* q1 S            if node.target_value == None:
    ! @6 t: [4 @- E8 T2 m                test_result.append(node.vote_most)3 W) k; P6 }/ y
                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1 g' B+ l: w7 P' y
                    test_result.append(node.target_value)1 x  T- ?/ y1 N* y! N

    6 Q+ s! ~! B5 Y3 h) G: b9 q& U        return test_result* ^/ m7 M* S# \* Y
    $ T, v+ c3 k0 O  q: s( [
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置3 Q; P! V1 H4 h) O3 ?2 u: n
        def show_tree(self, path="demo.png"):+ ]( k3 H/ q& K; s
            map = self.map_str + "}"  J" ?. E- x) H- k- q5 q3 r' v
            print(map)
    # K5 r1 `; y$ z+ Q# Q        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)) P% A" M  F: H
            graph.write_png(path)
    ' e4 c( Y8 f9 B2 D, e, l5 n+ W: @1 |: r" ^0 s/ E
    # 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% T/ |4 d5 l- N: q
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    - E  [( @5 B# d! H% j    c = dataset
    / |1 h4 C4 U1 a/ I. L9 \    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    + q5 @& I+ n+ G0 U& T; i    rates = []0 d1 h+ g  M3 x" k; W
        for train_num in r:
    ! W& q5 V# J8 N2 u  h! a1 r        print(train_num)9 G9 V6 e% D& r' s8 h0 f
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])9 o5 E. b9 D% ^6 L8 Q
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:]); O4 w+ p# J: \1 Y+ V5 _
            dt = dt_tree()
    ! b; {- L! K. x7 e        dt.fit(train_set)
    3 u' {; H0 y5 r* I        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    # c  M2 \9 Y" s+ _+ h- l: i1 m
    5 a# Q6 s& z& K" p) H) J    print(rates)4 l9 z8 V3 y, T4 A- T3 Q* a4 e
        plt.plot(r, rates)1 g; w, q8 T9 l; L, d
        plt.ylabel(label)
    " }" n7 s- T  z& E3 ]0 r1 O    plt.show()# J  X9 b: z! p" R! O1 J! c6 c
    + O! \/ ^$ C, o" l# ?5 Y
    if __name__ == '__main__':0 b5 p4 U6 [7 p; x7 h0 U: U
    0 o# }: j& d) X. A4 i- q+ e8 @
        c = load_car()  # 载入汽车数据集
    # y6 w1 V! x- W/ [# `" I5 x    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集6 w, i7 Z; l1 Y5 g' z, @1 k
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集): q9 \2 O' _* Y% _0 U4 Q% `6 ?
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    - m! R& G# T/ c2 [% q2 J8 s    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])# E0 S" h; C% J, W. u, \/ C

    * Q6 h: q2 E" G& {    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    ' H- o/ u  g( B/ G    dt.fit(train_set)  # 训练
    , {1 \2 a# e$ h# R5 ?2 w+ u( p5 }    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片) e# b% I, q, J* V) ]0 T+ U
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    ) z+ j4 S% r+ J, z% d7 u, i- s& h  C( z1 C- x0 O& x9 L' E4 j/ B  Y2 c
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
    * Y( z6 e; n4 O( Z" ?0 F    # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)$ e( v' v' d& u/ ~& T# U* r
    / B) D+ r* F: P& \

    * G( e( U6 P# |- q, X
    ; Y; i: X0 w  M4 M! k7 b1 B, B2 B, r/ _1# x& S1 C- N3 A2 q
    2; k2 i  x5 f- T
    3, ?$ Q! Q! X0 J/ c  o$ ~; J
    4
    $ H& T1 H  s" X- ~" C( S4 [/ d/ m5
    6 l2 d- W. ]  d* ]6 y6) S( e6 h& b- G2 T8 A, N/ M  x1 u0 t
    7
      ]9 A/ @2 l* O, e85 @$ t1 e% J7 X- Y: F8 ?
    9
    ' j( D* `2 x0 _' y  n( W4 |( T10& w- v. {% ~* d" f* D1 s
    11* ~8 F5 i5 n0 b! f& b9 t& J: d
    12. N' E. S0 n3 @/ [9 G7 e$ o
    13
    7 D3 ?/ [9 u4 \( a6 Z' u% }1 [14
    ) Q  V: ~" S$ X! P8 G( z5 f15% R5 r; T2 @. g( K) o2 Y* Q6 X
    16+ g: w7 Z, r$ J. D2 P
    17
    6 o& D  a- K+ k18
    5 b# {) [5 K7 p- z- s4 T: K& K19" _+ \$ K8 i2 t3 k& I# |  c
    20
    3 D* p$ l) e1 d6 a" b21
    $ }" _0 p2 M4 R- ^+ i' i22# a( I4 |: i" ?$ {* k' X3 ^
    233 p2 t( c( x: W& L, j. _6 c3 b, y
    24# o6 v! c- O, M) L) P5 r# c
    25% Z& K$ p/ ~, ]! g7 y$ N7 S2 J
    26' _/ N+ c( k: n6 k" w" y6 o" r
    27% h$ u  |9 ~% P6 ?6 B- i
    28
    * M# Z  A; I. F; D% E29
    , T* T6 |5 P4 N$ t3 ^1 ]303 [/ I" T7 p7 k, y) c# i
    31
    ( y' c& H7 Y( G32
    3 t5 g, Y5 i: O! A+ k2 k' n$ J33
    / W& J" R6 H, Z4 A7 p4 B  y5 L34# \% ^6 x  S7 e& e) D& M
    35  C' V. k" m) A, S4 g
    361 }& Z8 N% H0 ~3 ^9 x/ p2 A: S3 I" @3 n
    37
    . a0 b0 B/ v& g5 d4 }385 r( z, X; A- ^7 c
    39  w+ C+ U" `5 M, [( d
    40: s3 f: b) D3 C* [# b
    41
    1 x% V# Y% w( n8 h; U/ L428 h1 c% f) A5 b
    437 Q/ z7 T3 p+ W
    44
    ( _1 I, r$ z$ i8 G45/ X/ |' y8 Y& \& i
    46" F1 ^  f" K3 J8 p0 G
    47  f& i) z3 j6 Q1 W
    48
    % {' o% _# C) X8 F' D3 I49
      B+ {7 S) T2 M8 o* J50. E% Q$ _  h0 W" Q
    51
    5 b: W' ^6 z& f. n- @52
    + l" P3 d+ ]/ t4 u9 y53) [1 `+ E% a0 y# r
    54
    ; S7 w+ h# {* _+ c$ s! z. `55* v7 v7 b4 q% u  g7 ^
    56
    : r9 n- T! y& Q6 ~0 }+ B  I57! e, f- K+ \  J5 T; j  R# X
    58
    # X, a, B( R8 N* z/ V3 _59' @8 M* p8 r, F, N9 F6 \
    60$ s5 c& g4 E$ |
    61  F) f3 S' z  W* h# J+ U/ Y6 T2 e
    62; w$ _. f* G& X+ p/ s8 \7 m  U
    63
    5 P0 Y" i" N: X: T& @9 P7 E+ @- L# t643 ?: j$ U. y6 B: d
    65
    4 n% O) A) A  m6 Q5 P( t# L/ [7 X66
    + n/ P! U3 d1 U& V$ u67/ n, u" {) L/ T: u
    68
    / T$ Q" t/ s2 S0 S& S+ `& Y69* h. A( g  P9 c! L! O
    70
    - Z3 P" F, U! z4 k71
    1 K* z0 Q7 f; m5 i9 [, v% q72
    6 d: G  B( u8 Q: D' J73
      u; d  }) u% E" r  j. u$ D74
    / U1 T4 Q- P7 f75
    # C0 b, }/ T' z0 r/ w76- T9 Z2 I3 M$ N8 j1 I; x- Z
    77
    . Y( a" F* {( g/ I2 G5 h' b78
    & H% j. E& y$ K+ q! u79
    ! E3 M" D# X5 f7 d80
    4 a6 {% i" Q8 i& G819 R! y" O, H! N! Z
    82
    4 P' w! c( N" x$ z+ S83
    5 M# s3 ?% V" Y) f, D: B- f0 b$ P84
    2 p2 _+ x6 O3 i+ P7 e) J85
    # B! W) `, h% P8 R. q5 c+ q86
    ; w2 I2 b0 G1 l( C8 Z5 ^87
    * F! ?* O2 H- J) l9 K+ i  o0 w, [+ q88
    8 E, S. [. G5 c; e0 z8 k. `# H89
    2 h) l5 L! M% l( ~- ]! q# _; ]901 Z% b) q" }0 P+ n. I( |
    911 j- q7 a& u7 p6 a7 H
    92" `7 r7 L8 v3 ?# \* N6 [8 d1 l+ f& ]
    93- _% \. |, U# X/ U+ }* I
    94
    $ ]  c7 x/ C% W" U* E: G6 E95
    ! \1 \3 [9 p8 K2 P; A  }  j0 a966 v4 `8 ]9 q$ _0 z, N9 ?
    97
    7 Y0 E1 Z, F2 X2 U6 D/ @98
    ( [7 c# _6 S2 ]0 p' m- F( M5 e99
    2 n5 c0 T& o& l& \' M3 e" J) I6 U100
    : J. Z: r2 x# _' J, d/ ^1019 G; y% _& G* ?( M
    1021 L7 d; r& p4 z7 Q, `8 v6 b
    103% M. t- c' X& ^: r* r
    104  m' v7 l8 c; V/ r5 f  v
    105
    9 ]9 a, a9 \* W, w3 q106! D0 y+ s7 G; m( j1 D' u9 L5 M
    107
    5 n. V7 j" B# G108( S2 p! v2 t) Z" N8 T
    109
      m9 O# W' U. \# X: Q9 y7 N110  P/ [8 W! h  w& A7 \
    111
    - d. Y# x% s- V8 x# K5 X' \5 ?112$ G' `4 P  A; C2 D! u+ ?/ ]  C
    113
    / T' T% Z% U+ W114
    9 \. X" {" A& q0 U115; u4 k+ b1 j5 {" n5 X
    116
    ; c6 R/ p" t* ~' x+ Y117, `( W* ~% T4 B/ ?
    118
    . r$ u7 [: `, n- i  J% m) e119
    + p" `& R6 W7 e7 |120( n  ]4 ~( y5 [6 Z6 O
    1212 |9 Z6 q$ l% \/ a, E8 W+ A
    1222 K0 F1 v/ Q0 p+ i; A
    123" F  Y7 ]& x. f. f0 q* S, |
    124
    ( m9 F$ V1 e( x) t' H5 K& f7 y125/ T! u$ Q. C: l) m6 [! q
    126$ ~8 L3 m# z2 h% _4 Q$ s7 X  Z
    127
    4 T! v/ y0 x; v/ P4 E3 `- @128
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    0 ~' B; k6 p; `6 E+ ^* F( |' q版权声明:本文为CSDN博主「biyezuopin」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    9 H/ G) |3 Q) ?# [$ d, j5 ]1 I原文链接:https://blog.csdn.net/sheziqiong/article/details/126803242
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