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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

    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

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    1#
    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% N4 a3 Y' a: s. L0 s
    - C2 c. C. b1 |7 Y& n' W
    决策树模型
    2 g! `, y& n9 T$ O% ]  m5 S目录
    " A5 V& @$ p! K7 e人工智能第五次实验报告 1" \2 a, f& ?) k  O" }
    决策树模型 1, a# _* a5 P  G: u$ i
    一 、问题背景 1
    * v7 q* \/ w6 f8 q+ M  A- y: n/ M1.1 监督学习简介 1
    , I& f3 [& h! \5 Q1.2 决策树简介 1. n2 }( _9 n1 g: l1 ~1 ~
    二 、程序说明 3# j0 K5 k8 |' }4 a
    2.1 数据载入 3
    9 c1 A$ O6 n& Y. a; J) L6 u9 I2.2 功能函数 3" Q+ ]$ J- b& a) H6 H" V4 R! }7 |
    2.3 决策树模型 4- B) p* G# q4 q; ^3 e9 p- ~3 A
    三 、程序测试 5) E2 K( H$ p* R' G$ L
    3.1 数据集说明 5! s3 \8 `/ V) J3 P" S) j5 f7 ^' H  o
    3.2 决策树生成和测试 6$ i4 b4 i; r5 U2 \
    3.3 学习曲线评估算法精度 76 J" T  y5 |) p. f4 s
    四 、实验总结 8
    1 r2 z6 B# P! \附 录 - 程序代码 8
    # ?8 ~2 j$ P. f3 p一 、问题背景1 ]/ \) C) l; ~1 {$ R
    1.1监督学习简介
      ]2 I2 }0 a: D/ N8 f% P9 ^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 N) {1 o! F# l- ?) R
    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。: z9 j: V, `3 k1 T! T
    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。
    ' _9 f. D% Y, R, o1.2决策树简介  U- c' y4 O/ w+ V/ E+ b( A
    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 l" Q! O7 z# U: G% C  o5 m
    决策树的组成: `5 F% O( |% C/ V/ e9 a
    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。
    ' W5 D. n" H+ [, z
    9 I, C. N* p* c+ Z3 wimport numpy as np
    % B* ~  @7 H/ m; e' _% bfrom matplotlib import pyplot as plt: J" ~1 B, ^9 K; K/ k
    from math import log: h+ H. a, N$ P. N' X1 e% t$ E$ c
    import pandas as pd
    # T5 J* M8 S4 w( F% Himport pydotplus as pdp4 e8 w, s: s2 f

    - t- D: S2 j7 G. m2 g8 G"""
    , W9 Z7 E* `) e, W19335286 郑有为! v: p3 e- E/ d% W7 |2 o
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    / M$ z+ d; {) c9 ?0 u. k"""2 d+ r# [7 N, L* n
    - U- x8 I+ N# C6 @2 ^) g# p
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    * ^+ I1 i! l4 P0 K  h* C$ f- acolor_i = 0
    2 Z5 E; ^' j2 d# 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
    3 `+ q3 x3 R8 g0 j9 I# X3 D! i3 [! K! `color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]* b3 R9 ?! {) [. F. i( ?
    $ Y% ^- F2 _: G: P
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买. Q* B: _" ~) e5 H  ?
    class load_car:2 `8 L: K3 Z; [
        # 在表格中,最后一列是分类结果* [( c! i/ {$ }! A" y) y. _7 W
        # feature_names: 属性名列表# _# \8 B, F3 q
        # target_names: 标签(分类)名$ }% ^2 u- c( ]1 H( y7 Z9 X: 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
    & _" X6 d6 K& C$ o    # target: 目标分类值列表
    , F, N5 E. L  @* A8 W    def __init__(self):9 C. q1 u$ y; C$ ]4 f4 B
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')5 Z& X" X6 e" v; j8 n
            labels = df.columns.values7 O' C$ }* g( j* n3 [* R  e
            data_array = np.array(df[1:])
    / [2 P) N0 [# P        self.feature_names = labels[0:-1]) D6 A6 G2 X! Y0 D" s$ E
            self.target_names = labels[-1]
    4 E9 e1 T5 `! x8 x        self.data = data_array[0:,0:-1]
    $ n2 i3 I2 F  E+ a        self.target = data_array[0:,-1]
    , k. h# z; Z: G- ?' V' `- O
    ! z, k, Q9 B+ B3 Y: w1 a& Z# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒! |1 k1 g- Z# w9 a) {" g2 @
    class load_mushroom:
    % z& {+ ~& |$ X0 E! v  D5 e    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.1 {! y" V5 ?1 v- Z) o+ @
        # feature_names: 属性名列表- O$ O8 B8 C: R( a9 U. O
        # target_names: 标签(分类)名; @$ L- b% f! M  N1 q0 e
        # 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. ^, J% \2 W3 n; Z- g, c1 D
        # target: 目标分类值列表
    . o0 ~; v) J( |$ K, H, Y: g# w" B# g    def __init__(self):
    % \( X% [. e* j        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    & u$ B+ c& n) N8 z3 r        data_array = np.array(df)$ g5 s  }+ Z+ H. b' ^9 g
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",+ k% W# x. N3 w+ I$ A/ c2 t6 C1 N! {$ p
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",. C4 p- A0 u: A
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",6 D( f8 t6 C& j( p* m/ v% T6 x' @
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    5 r& l1 C, ?2 i) z# m; f        self.feature_names = labels[1:]
    - Z+ d& W& {6 A# @- P* V        self.target_names = labels[0]' M( x7 Q9 C, u( C
            self.data = data_array[0:,1:]
    5 }+ _8 m( U% g, e        self.target = data_array[0:,0]; r1 H% W/ E# r. k+ t
    . g8 Y5 `& G1 }
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用1 z& C0 B/ y0 x( X3 M% i
    class new_dataset:; d1 l$ b6 N8 V  [  W
        # feature_names: 属性名列表: e, a* r1 _2 P5 t/ F1 I
        # target_names: 标签(分类)名
    2 k% X/ n: ]+ [+ E    # 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
    4 }( s  V& j+ g0 ~    # target: 目标分类值列表
    " J9 c2 s" h6 `* d, s& J  t1 l    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):: }) o) C; {4 I7 Z! S
            self.feature_names = f_n; h$ A+ u- M' }
            self.target_names = t_n. }0 t) _. C. ~* C
            self.data = d/ S' P+ ^* M" v4 T
            self.target = t
    2 v! P; O# s5 K! b) v/ T! E8 X  k' l- w
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    3 E% B/ l3 ~4 j; f: p#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率- _% C8 O9 Y; Z9 c3 ?% w) ^7 D8 E
    # target: 分类结果的列表, return: 信息熵/ P- I( N! l. F5 G8 j! m
    def get_h(target):! u: f% o  Y& ^) c* _
        target_count = {}
    & t. |4 q0 Z+ a0 m+ `    for i in range(len(target)):" U' M+ j6 o$ K- ]
            label = target
    ' |% D# e+ n0 ]$ d        if label not in target_count.keys():) {. u4 T) O( K, s
                target_count[label] = 1.0  D1 e- D# t! |$ q. ^. V
            else:
    . _9 r" B( U$ H8 d/ ^) K5 A" \            target_count[label] += 1.0
    ' e9 ^  E/ }- ^) T' r- i4 @! O  g    h = 0.0( A# ]* X* ^( j" e; p# U& [
        for k in target_count:
    ' E3 k8 S  ?6 L1 n" H& @( l) ]        p = target_count[k] / len(target)5 W; @$ V: M9 O2 T
            h -= p * log(p, 2)
    5 \) c! M+ h+ u7 q1 N5 ]! u    return h2 H, E& S4 X' g* v; E2 L

    7 l+ t/ n4 A, N$ b2 i# 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
    " r- d, V$ K$ Q( U5 _, C# G# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列; }6 D) K: O" v' r% l
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):8 E% Q4 b. @: m8 ?; f5 a2 |
        sub_data = []
    8 T7 E& _6 C5 a1 r    sub_target = []
    4 K: l% k$ ^) U0 r# O3 t0 }" H2 K    f_index = -1
    + A; o/ D- S7 X( N    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    / w" P, ?# e! E        if dataset.feature_names == feature_name:
    8 h* _  I! O! i4 \            f_index = i' r* S; v3 d* S3 e5 w3 \5 m
                break
    ' C& E+ z  s4 d. T5 m+ z, D2 D( M) |2 L2 i2 o% J
        for i in range(len(dataset.data)):4 r) f& g  E6 @  R1 ^( z
            if dataset.data[f_index] == feature_value:
    4 h% X: q/ Y2 @. r6 p            l = list(dataset.data[:f_index])3 p6 h# ~& R; G" K
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])* v" j' F9 p/ @/ Y
                sub_data.append(l)# v, _4 G( a1 J' ?8 k
                sub_target.append(dataset.target)
    1 w* }# n6 w9 I: O7 x/ V9 h9 w$ N2 ^% G* S8 \5 v& J0 G% y
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index]); }' S& [! S$ X' H- y3 x+ d: s
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])6 {% e# {* x: J' i: L* X. @
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    ' h7 {5 ]1 O5 K$ w+ F+ P" I: R3 c) Q3 V0 r* l  s
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分  g) _5 a. O( f$ W
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    4 Y3 ]8 p5 S* X' l6 j5 |) u, m# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    ; j7 m! m' G9 ^3 L3 T( l  h3 U  L2 Kdef best_spilt(dataset):
    + [3 W0 |7 f, U1 k4 Z
    . C7 _: l( z8 s. U- o& C/ b/ k3 |    base_h = get_h(dataset.target)
    $ K5 c9 v$ T6 q0 t    best_gain = 0.0
    4 n4 k' z0 d2 u1 i% x6 ]    best_feature = None
    # t. G  U3 m* x8 w    for i in range(len(dataset.feature_names)):3 ~, @3 l8 T5 s2 ^2 E
            feature_range = []
    / s; Z" F' n0 F$ B' N        for j in range(len(dataset.data)):9 q% q: i6 O& Q& C: X2 m6 M% d
                if dataset.data[j] not in feature_range:
    . K5 C) M& [* S6 `                feature_range.append(dataset.data[j])! B) E1 ^$ ~5 \
    ( W; l6 O6 W# S( p; P: H
            spilt_h = 0.0( R' W/ D- g, S- r. x2 k' _
            for feature_value in feature_range:
    & u0 g0 S- k+ ?7 k  y3 g1 ^3 V            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    1 {+ ?) Q5 x) P$ X) r2 U            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)3 r; j. i( n5 w4 y
    " ~, }/ S7 c- G# b% B* P
            if best_gain <= base_h - spilt_h:
    + k, ], `( l( V1 Y  R  h9 H5 d, d            best_gain = base_h - spilt_h
    7 B; ], v9 I1 Z: B3 x! m- f6 ^            best_feature = dataset.feature_names. \0 a3 Q( y- \0 r& o
    6 H+ B* ?$ M6 q3 {, z
        return best_feature1 ?  u6 X9 @$ t& {, ~# Z  g7 S

    ) n3 L& e  U7 c% d# 返回数据集中一个数据最可能的标签
    9 c" }  f8 S9 e- b# J5 X! ~0 ldef vote_most(dataset):% o$ B* `- X! K4 I9 x
        target_range = {}4 v* }' C% [/ @7 Y! K( L+ T8 |$ e
        best_target = None& L- {/ G) ]* J7 X
        best_vote = 02 }) d2 X+ x6 h" ~

    & h/ q1 ^6 Q" d2 Y    for t in dataset.target:& t' z) m5 T! N! K) \
            if t not in target_range.keys():2 W! \! U5 {4 f3 @! V4 w  m0 \5 d
                target_range[t] = 1- V) [- V+ z( s0 @+ k* v8 S
            else:9 x( w; Y0 Q' k% c
                target_range[t] += 1
    : `1 d( x, {3 ^6 i- {
    * S  ?; K  D- Y0 B% V9 C    for t in target_range.keys():
    ! U/ J5 d0 @; ]1 X" |% ~9 W( o        if target_range[t] > best_vote:" q/ |: l. i# O6 @, |8 O# d+ }+ R$ C
                best_vote = target_range[t]+ y$ N6 }6 Q$ V4 k+ Y6 O
                best_target = t7 Z/ ]8 ^, o: c9 E  }- s

    ) }& s# C2 J& U) u    return best_target7 ]4 U- k# j$ ^# f# T, {
      |/ ?5 |/ D! Z: y3 }* b, b) U
    # 返回测试的正确率
    7 h/ e6 C" j. X; X$ b# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表$ E. R. q5 y9 \- t7 d/ }: A
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):6 f  l) H) ?/ f1 Y
        # print("Predict Result: ", predict_result)
    6 g$ q- E9 e  d( i4 u* Q7 S! _6 s    # print("Target Result:  ", target_result)
    $ \' n( k( S4 @/ i+ @    accuracy_score = 0
    ) R9 U, ~! ?) [; n7 u    for i in range(len(predict_result)):
    6 x' l! M" K$ _' z# @        if predict_result == target_result:, W+ x6 K) ]( A3 f3 j
                accuracy_score += 1: x7 T1 I/ A' A; O7 m& l6 J
        return accuracy_score / len(predict_result)) Q' H# e  ^* s

    ! ~5 J: T# ?. H. |+ f% ?+ B# 决策树的节点结构
    + j# U/ e: ]9 ^- C# C  B" Hclass dt_node:$ y4 g3 D2 [5 Q9 i

    6 s- k( B% W! F/ x    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    9 `$ ?0 l3 G0 i+ D        global nonce; Y3 ^& H7 E2 D( a% A2 d
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图* x6 M2 J1 t) R* D: E" g/ i( i
            nonce += 13 ?  u0 S( q1 l+ D& J* B" B
            self.feature_name = None
      g# e* z! t6 M& |2 w5 o: [$ N& N0 s        self.target_value = None
    ) M6 E0 D  m& Z        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
      I: a$ \% y# U3 M/ E8 N        if not is_leaf:
    # O, i: t' A: n% N            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名* l! B8 d& j6 `& `2 F
            else:# A- D: F1 N9 O' P# m* t4 ]
                self.target_value = content # 叶子节点的标签& `4 ~: h6 Q  b6 O0 c/ v+ ~
    , O% X! \% w! K( w7 y" l
            self.parent = parent
    ; ^+ G1 q. ]" u' B1 G2 t" S- }$ b        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值- A2 q. S" w% V
    & ^3 K! H: Z* V) \1 i' s! |
    # 决策树模型
    # n$ O" u" N+ p9 y4 ]class dt_tree:% q% y: E7 l: I3 r+ U
    , c: J; c0 }  P9 i
        def __init__(self):
    ( A5 |% y$ P3 n        self.tree = None # 决策树的根节点: X/ e# {' P  |* Q4 U5 C7 V0 Y1 v
            self.map_str = """$ O- u5 ^& @& V" T  A
                digraph demo{5 j2 k( @/ k1 m" X$ Z9 H) e
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];8 A4 w3 E( Q  V" Y5 h' V9 f
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];, Y6 C! P: `, W9 e/ z9 \" A/ Q( U
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    + f2 \( P# _" Z9 P# A8 y        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    4 S- @) j2 n2 H, b! l$ C1 w: v; a7 \1 l8 A9 c* @' }) U$ d
        # 训练模型, train_set: 训练集& Q( `! v& q, f  `# M$ X) \$ d: @
        def fit(self, train_set):; p+ k: X+ {7 _# U6 @
    : Z# G8 K" a: T2 d- q  k4 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
    + w+ y2 X/ l/ W' @            return None* I2 D  @9 ?% }6 c

    : c' z# d. }. n3 x* [, Z8 @        target_all_same = True& i1 b; o  h& e6 I
            for i in train_set.target:+ x% _! B# U0 m5 ^
                if i != train_set.target[0]:2 e2 b! A3 W+ w% }6 w! ^$ Z$ ^
                    target_all_same = False
    & e! d! ]2 E  `% P: z; H                break
    - {4 Q2 x. Y2 j( A8 m3 _  u7 v; z4 K) Q8 x+ o
            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% M# f& Y' d' }" y1 x+ l
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    ; C. g% a2 O6 m6 k            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    - ^! o- Z4 n  W& \3 N/ y                self.tree = node0 Z& {4 e$ h, H
    ' U# c0 g# T/ 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# {$ r5 j3 Q) ]/ k' g2 S
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)( K' G" D% o# _; X, R1 t$ [
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"# Z- G" t, X. C9 h
    8 X4 Z4 R* Z# H( X. T; p8 |. D
                return node, ~3 l& O7 o( l) E6 b9 X
            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7 X: C: E1 W  [9 c) T/ T; d1 V9 x
                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- r: {+ j( s6 e' R- @
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    4 s3 l/ A: Z0 ^0 m$ |                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]+ F. ~8 q8 g8 E
                    self.tree = node/ `8 X. z$ Q8 @. C: G+ d$ [

      R+ h. N- U8 r4 S, 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. n" O/ a  E' A% d8 ~, v4 {; l: k
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)& }7 L( U4 W# u  d
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"1 G, m1 \* Z0 k/ o  s

    % w, {6 P+ {* |3 d# J1 j& P6 X' d            return node
    ) f0 Y' e: ]) k3 f5 g* I) D# {( m        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点( x6 z. t8 G4 j# S. N; B
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    2 Y( l, ]4 g, }" d3 b9 |( P6 w" h            best_feature_index = -1
    - T  T6 ?7 w: d% P' D            for i in range(len(train_set.feature_names)):1 k1 ]5 r+ I$ W& r# I
                    if train_set.feature_names == best_feature:$ t6 C2 Z. o1 N- L, o
                        best_feature_index = i/ s4 s3 q  U5 R& X9 t
                        break
    ' T( Z9 |- v  W3 R6 `1 i% ]. y! n& u% I" I3 z
                node = dt_node(best_feature); b2 u) Z0 _: W2 y
                node.vote_most = vote_most(train_set)
    $ _- O" T# T' j2 ~5 `! L( V' i            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    ( `8 u) J+ V% v7 n6 C1 ?* A                self.tree = node
    ! q' r2 M6 z  A" D                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    & T2 c; E* _; f' H  }                for i in range(len(train_set.target)):0 ?' ]8 j3 p5 X) y; F/ |
                        if train_set.target not in self.color_dir:( v- O, c; z- P
                            global color_i
    1 v& H  C( y8 g                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    : n' ^. y' R0 k! ^" I# g                        color_i += 13 F5 @  A6 v# f7 c7 y, i, ~
                            color_i %= len(color_set)7 \' Y0 O9 c. [+ j! @( n9 b2 O; ^
      s  U6 G& x' [; D# [+ l6 r) C2 s
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    0 y& z# j! X2 Z0 f- R' I            for t in train_set.data:
    7 U: U# @% l! [+ G. s                if t[best_feature_index] not in feature_range:6 j* ]7 d. o- U: |) g: ^: s
                        feature_range.append(t[best_feature_index])# J2 P. C4 v) _" ~

    - Q$ d/ X7 L2 `            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点& w0 c* K+ ]  Q8 I$ {( _
                node_content = "属性:" + node.feature_name' @6 j8 x, O: n
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"! x$ {, Z+ |9 D! O5 a: K( j- ^
    9 k; N5 X5 k7 w! h0 V+ h& K/ c
                for feature_value in feature_range:4 y$ [# u1 |: r8 y& s+ p
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    " i9 N& D, P" e" i' T5 P# [9 u7 Q! s                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点! n8 C9 H9 ]$ c1 r
                    if node.child[feature_value] == None:
    $ k$ A7 \7 U' c* |. ]* ^6 @* c0 D                    # 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4 U) m& ]/ S+ W) |
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    # z* n8 h$ H5 b' F- f5 E1 F3 x                node.child[feature_value].parent = node4 R! p4 Y3 e/ a* z
    ! V6 Y. _7 M& v. C/ H8 D
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线9 u6 w$ z0 ^! h. Y
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    % d# w& R, g0 M* w6 L1 o6 s+ Q3 f$ e( J. p+ E& h& t) ~' |) {. v4 T
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    1 G& K9 D0 k) P9 T            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    4 d6 K. ]/ V: ]1 o            # for feature_value in feature_range:; }4 T4 L0 x& {  }4 m
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    4 z4 I- \) Q, U            return node
    & o- A- E1 L, I& d
    ! |8 U# |- e8 |3 c8 |+ ?* Z    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    ) z8 s9 |1 D/ W    def predict(self, test_set):
      v& O; w$ D$ S3 Z# X        test_result = []
    4 [  j# l/ _, Y! x, ~        for test in test_set.data:, Z- r2 J9 L: j1 S# z0 }- q- k
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    % u  Y8 s! o: F0 {9 g8 @3 V            while node.target_value == None:4 g; A, G' m0 z! n: B: {
                    feature_name_index = -1* H+ [4 C# t) h/ w0 g) k
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):* H$ M0 F& |0 j% U0 q$ a
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:
      {8 P. Y" h( p* H. W                        feature_name_index = i# c9 K  ?! n. F' q' [- e8 [
                            break& a( l$ v- L% t
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():* n5 \$ \- E3 G" C3 H: Z/ a9 [
                        break" w; P( j+ c9 t$ t, e0 }$ J! p
                    else:
    % {5 c$ h$ O$ W" e1 L4 M' v                    node = node.child[test[feature_name_index]]* m; p1 m; n& V/ D, @

    , L; l& ?; h3 G6 k; G            if node.target_value == None:( l" T3 m7 O4 P  u5 G
                    test_result.append(node.vote_most). B0 [: A+ h$ R% m1 l
                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
    + k. ^7 g- G/ C                test_result.append(node.target_value)7 v; O, v6 Q7 F9 x6 d" v

    ) ^1 z' A5 T2 t- d8 o# u; |3 Y$ T        return test_result: n! b) J% c" U
    # I% I9 F( ]( x' E# \
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置, E1 C) Z6 b+ Q; A6 y
        def show_tree(self, path="demo.png"):
      w" v/ \9 d) Q! O( V        map = self.map_str + "}"  i( G0 f7 a9 F, K7 l: Y  L1 C( @
            print(map)
    / H% y. g& g  s; K  t        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    6 s# P/ u' j1 B% S4 y        graph.write_png(path)
    * H8 E' R7 J( L0 U2 I0 ?* c  `4 K0 t% _# `" J- M: c! @
    # 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
    " D% J0 u( Y; S. L/ v6 `+ Jdef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):* {' L1 O- y0 e# N: x- t9 `$ L
        c = dataset5 y7 u+ j) Z1 R9 }) X: n- `$ T
        r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    * K! u9 |5 c1 ?; X6 n4 a    rates = []
    3 x# k/ {" I+ ~  R  _+ K  i    for train_num in r:3 m  H2 \9 N) g9 R7 W% u: ]
            print(train_num)9 q/ W9 r1 V* F& ^3 n
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    ) l$ J( E, d7 ]" V. B2 L        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])4 S4 `0 R3 m, v; z9 b
            dt = dt_tree()
    6 }' J( |2 j4 u  N0 u2 e6 a        dt.fit(train_set)
    , K# q  [( Q; m1 E" f        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    ) C9 M  [, G5 T3 ^- A
    3 d- G& W5 t/ g8 H    print(rates)
    : r3 P, e( w# t0 x' H    plt.plot(r, rates)
    $ Q7 ]& N; v" V# M% y' r" g: |    plt.ylabel(label)
      p3 W1 T4 d7 J" r( Z% O    plt.show()
    + ~2 ~$ S% h3 G4 Q( J; r# e- [4 w  g5 W8 G
    if __name__ == '__main__':
    * `7 P/ d" X; G: O* G  w1 c" x: g  j( v
        c = load_car()  # 载入汽车数据集. D, T1 ^2 L! P! P
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集6 H. w( X) J, _$ Q
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    - G+ A. h' N, X- }% }# T0 f    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num]). f- ]/ m# Y: y- C
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])! ]2 U& z; d; ~
    8 K  I7 U; c9 `& K/ Z) u# c
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型+ L0 p/ B% t9 U0 r& G
        dt.fit(train_set)  # 训练6 J! x, s0 z5 V4 s# c
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    8 d1 u3 ^7 S* a; X6 X' U    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧9 c7 L' k9 Y' ^5 a" U
    % T& y3 a. ?! i) a
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")0 l: @7 n$ C- ^" o* S' Y0 S( ^  B
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)  S& }% @: B" X- S0 w  G) [

    6 ~' [+ N4 v3 B( B; h) Z4 ?/ }, y* ?& K7 M, g$ c
    1 J  m; Q( m" m8 ~
    1
    % u  n4 D* V' W: Q2
    6 ^8 D' P  A' _8 C+ Z30 B0 z: {8 ]6 ]% m7 r
    4) g4 v3 ~  @3 [4 U
    5
    / w1 B( M" ^% U8 M6
    9 J$ A2 _3 E6 k8 f5 C7! N# X0 m  w' I3 f# a) q, B6 n
    8' P9 {+ W/ P& V" A7 r- x( N
    9
    ( u$ O9 }2 c7 l, d4 x3 L10
    - l( [7 O6 v1 C; i& G: W2 z0 r+ @5 U2 O11
    # M! K5 M& g+ D. ]( L6 d7 I" ~12
      q) h) G1 R1 x( D7 w; S13
    1 O  s- W/ t- x7 g7 S0 P0 ?/ B& a14/ s1 Y# [* C! S; z5 s$ w
    15$ I8 R3 L! A- L) N9 M: L
    16
    ; n. }! S9 X  a& ]* \5 @' w3 e17
    + h3 z8 A% l7 ?2 y0 A) d18
    + Y& q$ o) {# V% ~& U5 V2 _19
    9 f: V- A* x, H  g20; H* T- b0 B) F. z
    21
    3 z9 v: W1 f8 h222 R2 x1 D) e  T- M: G
    23
    + @2 K: @" B9 [7 I) B# k8 k& h24
    / u6 N" ~0 D6 ]25
    0 V' F% J$ x) Y$ W$ I266 h' p  t& s  k* L# T  C/ X1 g
    27" ^. ?- R6 A+ T6 S  l7 V
    28
    9 @2 z- e) ]. w; s6 d1 B$ I& B29
    . S* U& x' U3 C+ t4 S3 ^307 _9 c. U6 s2 G
    31
    ; r& G. G$ ]  T9 s329 ~$ {8 E( j$ i
    33/ B0 A  L& L3 w) p! o3 r7 e: s
    34& r* ?  O3 A1 @5 w
    35
    5 P& ]1 o  i$ d2 s: g36
    9 k% `) t' I7 ?# U5 R6 P0 ^. L37
    # N* Z6 ~9 c  O  ^38" ^0 a8 X: M0 _  q
    39
      E3 n$ e& J. l! ~0 j- H' h40
    ! Q4 k  O3 ~$ l41+ e- l9 _& \! K5 ^; h
    42, y8 k$ }# `: h: ^8 B1 ^7 e
    43
    9 c8 C, j( u' k# R) @44, [0 Z4 N. }3 {' c! \# ?) B* K
    45
    & x, ^+ N+ H+ S. ]) L  J; B. M9 T46
    + }2 R. m1 |9 L% v. @! ^47
    + H6 {6 G. e$ l8 d48
    ; ~8 C$ p" \2 A. Y6 t! y5 v+ t49
    & Z" M! s0 X8 L50
    ) [7 L+ r* R8 _' r2 S; U51& N3 C0 I* c. }+ ]* v; Z
    525 i9 p% Q; Z- o; D: ^
    530 f" S; k- C7 H+ N; w& v6 p
    54
    # z. Q! r4 Z  T: E" A# Q55
    $ ]( E5 @6 @& S* e/ ~6 r56; I: u  K3 Z& z6 ^" r$ \
    57
    : G% |1 j" ?0 i# n. q: m58
    6 n4 j9 `+ `* _# X3 @+ ~) k5 F! x. l59( B/ \+ P+ D/ W: ]; }; D
    60! _, o  Y6 v+ m+ o- t
    61
    / q- t! u- ~4 {% b) Z62
    . |# _5 X+ W# h63
    , n& n) M2 Q; c6 T% F( i64. E- T# Q4 y9 S) C; L
    65
    . f1 R: ?; j: D66: G' p7 h( g' C3 n  Z% c+ T
    670 i& i- i0 x) D" ?
    68
    . O2 c& y+ ?4 _- Z69& b9 O( {1 u0 B4 ]$ S
    70
      \+ L% E& G" ~) D$ F; y- H71
    6 W- {: h7 j6 t1 P72
    9 v# k" D. K. k+ B! y! M5 L73
    * ^8 ~: x9 Q. f. ?% p74# i0 u4 Y0 Z9 v: {$ |9 d* h+ l  e" {
    75
    7 l8 g' _+ a; I. V' z; d76' g5 X& k5 a0 K( Q( E0 x' }
    77
    ' ?- L( J9 N/ Q, e& R  U78
    6 i7 Q1 h' k9 \79
    % }$ U' ]  D4 g6 E80
    0 i: M) H- a  D, F0 q0 q8 h2 v( j81% S1 w, j' c2 G# n  o# x& r0 ~0 m
    82
    $ [: z: M- I6 B  D, j83* z# ~$ J% U% L6 J/ p. g7 ]  R  p. C
    84/ C( e7 m9 ?0 Y. \8 q  x; n6 C& P
    85, v0 u1 `. p! b/ n
    86
    $ ^9 [+ m9 I$ ]! N87. x0 p: u. c% w" v2 T  p- R
    888 F; z6 o  I+ j% K3 Z5 u* W' o" d
    89
    1 f2 H8 u- j! A: g# @90
    5 x0 n# F6 x+ _5 q: M. r91* e7 s( {+ V" O( U, _5 u
    92
    0 T: W% Y3 V% `6 u* m93: P! O3 j3 Y  C2 h8 D0 O" u9 I
    94
    9 A' ?0 j; G0 i! C5 r95
    % H9 m9 q+ l/ K) B6 D2 ^( b96
    & v" ^1 p- Y' u0 Q' N2 c97
    7 U! W4 D+ K; V3 z$ d, t" z984 @6 i1 L; e4 a4 j
    99
    - Q2 x/ ]7 D; r100
    / \8 p# ~* t; P# l2 Y101% }7 L1 r0 p3 ]
    102
    & K' u& N. E& `6 Y9 h7 {: I103. l  H, |/ t, |
    104& U/ z0 H, \5 Y# F3 {& Q# R- v/ X
    105& i( |0 z( B% a
    106
    + }4 j6 ^, Q0 }107! f0 M+ {# V% m" s- {
    1086 W. j& W/ u& T. N3 [
    1096 X( q. h1 ?% _* s- s' n
    1100 k$ J' \7 q  e
    111
    6 a7 N3 z8 ^& a! p  M! [8 e) |1125 [* n/ {  l8 {% ]5 o# N, G
    1136 {% X, Z7 H9 w. @4 v8 P, X
    114% k; H9 @' s; t; q
    115- F$ E( d3 d' n. u9 J/ _4 s9 p
    116
    * c7 R& D9 n& m( R- m  k+ |8 c5 a! @117
    3 `- g6 v5 S+ M- r  Q118
    : r! G9 P- I4 K( O% P119( \  ]' p* E) s
    120& X& \5 ]$ V& O, p
    121' P2 }  x3 D$ P) B7 `& Y
    122- c- r9 ~+ {" f9 H
    123+ K1 O" s" ^9 K
    124
    1 Z, U- H) P  ~7 t. J/ V125
    & \) N8 m. }) q4 q; q& |2 D126
    0 A4 O$ Q1 @# U+ u: _127! X* S8 R/ g' S; R7 m# M8 D$ g
    128" z* y  q! a' }( |
    129
    ; N+ G# y7 N5 D6 L- _130
    5 c- \; z! T8 Q; l131# M2 B3 j! e- a. n# O
    132* e4 j' \) r& G/ u! |
    133
    / l7 y1 m& R; e: i$ _1344 m& F+ z+ n3 t" |- \
    135
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    137
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    ' Y# Z2 b4 |. S5 O6 s* t* J$ ?- y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。
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