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TA的每日心情 | 开心 2021-8-11 17:59 |
|---|
签到天数: 17 天 [LV.4]偶尔看看III 网络挑战赛参赛者 网络挑战赛参赛者 - 自我介绍
- 本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。
 群组: 2018美赛大象算法课程 群组: 2018美赛护航培训课程 群组: 2019年 数学中国站长建 群组: 2019年数据分析师课程 群组: 2018年大象老师国赛优 |
基于Python实现的决策树模型( 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
4 C& }: x7 @1 @& u, d1402 ] y8 |* `4 {$ n$ k% O
141
+ R5 G) s! k$ ?. ~142$ Z+ S4 |8 r. o' ^, R/ Q
143
8 n9 a2 p& m7 u/ X- r144/ ?) S# G5 k( a$ n9 ^
145& q& R# R0 Z4 @# }0 J7 G1 w
1467 V+ B2 v/ e) D7 b+ _$ [$ i+ G" t
147
. M Z- g! P' S: |$ Q" K1488 K' g, r$ p" ~+ z4 ]$ V* ^9 a
1495 L5 T* J }# e l9 ]6 k0 i8 I
150: h( w$ D! c) O8 p3 V8 O7 | z. ^
151
& B: }, F2 p, ~5 v2 `$ c7 U. x1 ?152
" R2 S1 s. S7 \9 g2 Y1 B8 ?1533 E+ G# ^8 I( l. c3 x$ \
1547 h- h |" J. {
155( P' h9 B4 W6 s5 n
156. U& i( O- o6 ]/ P; ^' S; i
157
4 b1 s1 }) R' q; N+ l$ V158: |; P+ x* B. s$ T. V$ ~
159
+ ~( y) S0 n) w0 R# N1603 l2 d7 Y- p2 S; J0 @% M/ N, A
161
9 x3 P, l/ O/ p6 T8 t2 L* ]162
8 L) g2 F9 ^7 ^% L+ D' [6 U& e163) m# {9 U, _, o& S; Y( l
1643 z7 ?4 L0 U' p# n4 E. u/ i
165
; z3 h5 l# w* w" I& m166
5 }9 Q! j) U; z) ]+ k167- }/ p0 l% f6 y; R
168 m2 s! b9 y% Q0 J
169: [& C# v7 g- z
170
0 c$ l; d; @+ g Z$ }171
( h9 c) L2 I* H4 T9 E7 w3 o- N172+ T2 r' ` x. ~
1732 o' ?. Y; L0 m
174
- w# U+ z8 P4 a) l8 b* _175
9 F) R: h S! b* M( k3 ~2 s: k176
+ u. g6 i. Y4 S, O0 j4 a7 [1776 s" a0 r! `0 ~. s+ x0 k2 R
178
% `7 b" \& v x% ?: K179: _: R9 t0 c/ h2 e9 F
180 g& a( C F2 E% [+ H
181
2 D6 ~' C# M" V* x* V182# Q3 ]" w2 H3 Z' b/ X: D
183
. s0 d7 i% @, J) ^; h184. g3 V2 m/ H+ ?' e0 n
185
* B$ Z* Y* L d) ~- y% x186" J3 P8 Q$ l. E
187
5 ?, u4 _+ J# b% @8 D2 o8 K188+ q/ P! L, v- J. \8 l8 T
1895 U& U }' s6 g1 U9 j! u0 V
1902 h j6 l- L- Z3 K
191( M3 m( _4 y0 Q- J; C2 {
1921 x9 R( _# F) ^
1937 b, f( e) |3 R8 C5 O0 N& C
1944 W5 E2 c" C' [
195; t' \" R; H) p8 L, Q; \+ k6 a* U
196* i9 B w6 [9 c/ h# h' h0 e" q
197& z9 U# T4 F0 O5 [
198, [- b/ t1 |! w T4 D5 o" x
1994 Q* X9 V3 b/ R
200' D8 e% S. A4 j* `# F
201: k) f& d5 w0 E+ \& G8 I% n
202& P) ]4 I5 g. R
203
( \: k3 i2 H) M6 }* C204
# U* u& C- u" d1 E# H+ ^2053 u2 ^( B0 Y6 @4 e. R" F, L" l# l
206
8 R. h9 S. z# S, ]. n; T2072 p3 r. `! K" _* h: Y
208
4 s# R! ?# O# i& D7 y2095 K5 }& C: }. B+ B& P0 N; S, W4 ]
210
+ a- n) i% ~0 K4 x211! d9 K/ y8 t4 e- M: L% v
212
: z+ |- p: d$ K3 G) R O" Q213
0 Y* S7 V4 Z5 z* y o8 m214, c6 }- I0 q) S; e7 |
215
+ p9 w3 v6 h4 U9 b216+ k; y9 \4 }! o4 g
217
! x% }% R& P, {6 x& J4 I218( q9 z- ?8 c% c$ y% n( n
219
- t s" k$ P0 O) J6 g2 S220
3 L. Z9 p0 A$ x* R3 j$ F221
+ ~( Y" h/ b0 d; H2 x222
5 Z. @( V" e- S8 @$ D223. F V6 W, N$ ]2 l* `6 F
224
* J6 ?/ L7 v" \. R2 e2 R2250 Y# C5 ?0 v* C( G- {
226
9 x6 U9 j$ r- {, S( ^227, R, e7 [ d, B4 S Q# q
228& n" D% ^. X5 s5 b# Q
2298 i0 p+ M9 s } B" a; h
230+ T% [+ R- D& c
231
2 e5 G x) I! y+ }! f% v! R; b: o232
! D# k. U5 v% `233
4 ?1 Y. H5 n2 z5 N2347 N0 |: t) y! D8 p( J6 w' P1 r6 |) x1 y
235
! Y8 M8 f: G3 X8 o236
, ]5 N& p# ]7 Q237. l; d7 O- T* o2 s
238
! j5 R$ k9 j; i, K( E& Q2391 I4 O) Z+ Y0 m" V2 v
240
' h) l. @# y' a241
& \+ N1 `$ ^9 z6 c242
" r& u# J* [. ?2439 r8 k+ G# S/ G) Y5 }0 x
244! P) V" P' D: G6 X+ Y
245
' d7 h _. R0 f w; U246
2 Q4 ^0 e# u2 F247
2 Z) k" D% M% O( |: |9 M248
0 W2 k( z' a a' ^, A% d249
$ A& \5 H x% k/ A+ J250
9 T1 c9 b9 {+ v% F6 I5 g251, Q; e* [, k4 L" _/ s4 ?
252, ]+ O1 L' N M$ u
253$ u" T/ q3 D- E1 X: O1 p/ k" g6 H
2543 _+ D7 R) }! y2 z' [% b, }1 S
255! O$ D* r$ e8 o3 ?9 U" j7 D6 N$ Z) I) r
2569 K7 e7 v0 I/ G7 E4 A, G4 ~
257
. f) D& ?- Q9 L# f: q1 }258, y& s* L- t# H0 h& N, R! C) ^) n
2594 o2 Q5 q( A3 ^0 Q, V! {
260
; b. |5 ]3 G0 T: e7 `4 ^3 x3 k261
; I$ _$ W0 `# `6 P; X8 s0 M262
. r5 q8 k/ V$ ]! O/ _) i6 \263
/ M" ]$ X$ x, U" P& l2641 v. Y; t4 _( \$ [4 d0 g$ b
265
" I ?. Z$ j* A266
V+ ?; p7 n4 U9 |) l5 V- T# P4 s+ _267
8 U4 Q) i5 x/ g0 R2 H( k268" W2 l) ]5 @5 R$ \; L( x# x
269; `2 w% m" A( u& F4 g7 L# U
270* ]: d8 M J% A
271
9 |# N2 i# F: k2 D# F9 V% j272
# Q0 Q4 T$ y! [) O4 b2736 K4 A* B( c' C7 f6 o/ |
274
# `# v. c$ ~- V e q5 a: O275
4 o2 h7 M( A6 ]3 x: ]276! m, n6 V5 E, d5 f1 g. x
277
( E# f# E N: H2782 v) r: d/ j. E
279* `$ x; f' X2 C
280
" Z4 S5 r) `0 ^8 h281
Y3 g2 a* u" }! \! B. D) I! y282
, l7 ?4 t+ y* O B8 j9 k283, N6 \5 D" _' Q/ J
284
7 a$ [: d2 e2 W4 R7 O285" E5 v; {1 ^- |& g2 N# O0 N# t
286
`/ e' @$ C* Y2 j. c# c( Y- U287
, B% F/ a6 R ], ~& g288
, W' D+ ~9 T0 X289 q, Z! H8 e+ c: r* P1 o
290
8 \* E! g/ G' v) }291
# ~' _% G. c6 G8 k& `( Y) K) {. X292
" d- s- h: x7 T& d' Q3 S& p6 a1 D293& D: u- @! S9 s6 D1 y
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