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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
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
" T; M j ?% I6 u129, q% f$ h% Z' ~' p* ]* S+ G7 C' k
130# Q' p' r% ?% z. b
131+ u. d1 R6 h. W8 g& {
132
6 N9 X$ q+ v) D$ C; i4 I133; \0 @4 [. [& E' f) e$ u
134
6 U6 I1 S7 w" K7 M/ [: w135/ n2 N+ R/ i7 g7 \
1368 U) D4 n1 G) C% K% A e; P
137
4 m. U. U! ?2 @" o2 m138; T. ]# I% g5 y
139
9 i0 h/ w1 ]; @" P, s1405 P. f8 c5 d4 ~0 M6 ^6 V
141' e; Y3 [6 e/ X' o$ B
142- h5 `8 W6 ^+ b( N. R; S
143
5 @6 W7 U$ H( V144
3 W' @" W& Q4 g. k& R145
$ {: m# f; f/ y2 }; G- u1464 v3 e, E2 a$ g: |1 z; u6 H
147
4 H1 d' O. u% u2 V ^6 b1 e148: B: ]" ~/ o t) ?- Q* h6 S2 P1 P3 O
149
4 L* `. o2 ^& \' H/ K: _# c1504 e7 Y v1 Q4 X# H/ H# i, ]
151
' ~0 V e: f6 J& v1524 k6 T5 t- A7 p6 L+ w [2 p
153
! u, v. ^# q ^" ^- l& r2 F154' R( _2 Q; P# T7 \
155
2 p# j( }/ k) _) B% ?1 a9 u( `156# ~4 _% t" @$ m; k z
157
: [. l, ?7 q/ H# N158
; P1 e$ q% m2 c* H1 f, }159
7 ]4 C- _! F: _5 @; U+ k# C1601 f; B6 P2 V# X2 F' p5 E9 G( Z
161
5 J7 H+ a2 Z6 H6 n! u162; d5 H* A, s# o' [" A% W) |
163
$ q& D& M8 m- C! f0 H$ d164( m$ E! r1 u2 r" h. T* H( m9 G" O
165
; Z+ A& s. l' _: L7 a1668 z; d# R2 h7 A% A* h' J! |* x1 s
167
) _6 I* q4 S7 c1 j, L# w @ {# Z2 t" V168
. M3 q1 ~1 Z7 M ~2 Z169
% b) c: b% Z, G# S- `1 r8 _170
( v- n! m1 Z4 c171# B* i. C$ Q& X# v1 C, q
172/ L/ @2 Y3 w% u. t P$ _) U
1734 B& L; \2 R ^% y
1741 S- V1 l) T6 H; ~
175
) t! A& V. g7 L3 D1762 R+ U6 F# C' f' @. s$ V) p" E- w
177
0 D) P7 V2 L. g# D/ `% A178
3 w- |1 w3 E/ n' _179
8 O r# s9 |5 @& g5 R. N: G' ]180. E1 g+ N; X' M; [
181. v% j1 s& b- j& ^: c+ Z( m5 J* _% Y7 ~
182
; Q8 H& u8 _( t2 P& g, S& [183
! T% P1 I* _1 Q) A; w, Y. ~1847 L1 D: g1 m! W ^8 `' y
185: Q" P" \; p' c( X) E/ X( Y2 M
186& c4 Y% n; `! p" J" q# j
1875 g* v' y! Q7 M
188
" W3 ]# T d, t+ i9 e189- _% u# G. d7 l6 C
1900 S0 m7 o, k4 @2 D- q, T
191
) s& _0 v+ F& h192
( y# v4 }5 X+ j4 \9 ]7 V193! t% {% ~( I# |- J' { n+ X
194: n( V1 a# V H, J
195& Z; Y+ j: M" [+ v- a8 K
196( h" u: J+ d5 O2 k# D$ ?) {% L. C: Z
197
. i' K- f8 g, V, _, V, R% ?198% O! N2 t% h" t
1999 U/ o% w( ^# G4 Z
200( K+ e$ F: F4 S( I9 ^
201
) z2 [9 w8 J0 B% c4 ~) O202
" F, t! d* _3 O; _203% ?$ r' V0 A; _& S0 Y1 O- r
204$ M! F$ `, D- @; b
205
$ n# C& I/ ]5 }6 K: ^/ y# x206
; l1 F; E" A1 @# q& C/ G. \0 K207, k* a4 W- ], [; T5 D0 M7 q$ g: |
208
. f s2 N1 G( H- w5 u: \209# N% h# S% C7 Q1 W
210
3 A7 V4 {1 d* ?211& c u) H* I% }% @
212
! @& ]& d5 Z3 c) `, C213! ^ I% E+ V; I m, E3 q
214
. H/ r' H) ?4 p( ~5 i6 C2155 a" M6 D- B* ?: C) x7 C
216
4 X {6 b A. \! _; h! a9 h |0 K217
% f5 u; _$ }; \& A218/ S- q& B' g" R2 U. k) }4 E
219- I8 i& u/ V* y9 S; p
220* @6 I( [' Y E% i
2215 E5 H8 H$ a( x+ P S3 R4 l
222
, j2 U8 U" s2 v& d( z+ ?# n223
* V2 ~! M, ]: @& X) L& G. Q* l) |224; S) P& s+ d4 w3 y
225
v6 T' `) V p0 p' I# k/ I226; `" D. ~0 c2 j, n$ M( ?6 X
227
% u% N# { z( }; L+ M9 U' ^228) U" Y* T$ `! R' x; {+ Z' K+ H
229" t" y! U. f6 y& W; n& y, h
2300 N$ f' j% y. N% k6 k# ]0 \+ f* G3 D
231
# J* k% P; m( U/ N. i232+ q. w% T$ q, D5 k7 U& G) w
233
) \; `4 h7 O2 ^ I3 j: [* \2342 l/ X# X* b* N% h( m
235
' J6 ^' G6 J1 {! b3 N& \" o4 [236+ d! b* K: a$ ^7 y+ ^/ a
237
& |# e8 I; O. x. A238+ u: l/ K) Q& k
239; a" H& n% g" K9 o: s
240$ @8 U& S1 w6 {
241
8 I5 i3 t! D! B2 a242+ _' e; W& M7 K
243* S( C5 G9 D0 p& X2 o( k: d8 l. |
244
& u2 b, c: o( J/ l$ t2 m245* m4 V3 Q/ r! S9 N; q
246. S* Q6 f, W7 y8 z3 M
247' C: h$ q9 F6 k& _; Y) f! W
248
' C* e. @; h: c$ a3 [249/ [, ` [# Z$ p
2501 O# ~% _- d3 a+ s$ E5 s# f* U! T
251
; \( o [8 M- j( ~8 I# ^252
+ x! x" G2 ~3 S# Q253
2 X1 U8 x6 A8 k2 H1 p2548 D& C2 ~1 [! l2 Y- U: ]% w
255
: Y/ P' `8 R7 r: v8 ] H3 o2563 X" \# e' b) L9 l" x0 I
257
/ U, K4 @: v7 @# S258" w' }" i. [$ F0 d9 E% t7 X& W" v
259* r6 G3 }7 D, {/ t; _ A b
2607 [6 G( O! V: }" |. Q: H
261( x& U! K2 V( q, |$ G3 e: d
262( l$ u' n) _) M8 n( I: e
263$ U( Q& h' X% _, f- d
2642 S }1 m9 V; D. u3 S4 l
2659 y0 `& A" p: Y1 ~0 ?5 }
266
# Z! ?+ X W+ e# ?0 D2 ~* y267
: u& a" g2 M: C2681 m3 P! U h$ a3 R1 Z, C7 }
269+ J! W3 U3 z1 d! W/ u: r* w
270
# L) `% j( s/ t5 F( o: }271& {" l4 D" }2 u
2728 ~" M- q5 u4 l$ o3 D, |
273" m4 { R3 l! D% V2 l6 K+ b- N
274
& [9 o% ~% S' t7 J. e# x C* {275; \( @3 A0 h6 U) L
276+ d. V) q* c, c4 |. P8 R
2772 u; |% c# v2 l6 _8 u' ~* I
278
$ E; f, b( z# a8 ]; L' H* T% T279
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