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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& ?6 Z- [9 W1 o" Q1 l* P A6 p# C. N& L, _+ ]6 Y
决策树模型
# g6 L" o! Q, V1 L/ g) W8 v目录
* O0 x; R W) `- B# ]: V1 k, {% N人工智能第五次实验报告 1* J8 |( X8 J7 S2 |. b9 g- ]) `- S
决策树模型 1
0 ?) S, G2 s' P+ {一 、问题背景 1
, D6 o. X; K9 Z: k z# f1.1 监督学习简介 1
9 w$ s9 D7 \! I7 y- O( t( Q1.2 决策树简介 1( p8 s$ H5 k, g! w4 ]' W
二 、程序说明 3
8 M$ n1 l$ f$ e/ s) h9 N- t( q+ X2.1 数据载入 3% U8 n! k) W0 ^) ]
2.2 功能函数 3
6 \/ j$ Z" z* e' M3 N, l+ ^2.3 决策树模型 4% r) u: ]$ G; _* U: R4 R
三 、程序测试 58 f' j, c4 l$ P& e- x/ Q
3.1 数据集说明 5
# Y3 O) Y& W$ O @3.2 决策树生成和测试 6' \6 [0 L# n# ?: v: C. g9 u: j
3.3 学习曲线评估算法精度 7
2 o8 K$ ?5 N4 B& ^3 a" C ]' D四 、实验总结 83 Z. r7 i7 }: C! P, s, r2 ]* H1 d
附 录 - 程序代码 8
0 P S' Q! \% Q" C9 f( i一 、问题背景
# z( p/ \( }& ^; t9 o3 ?" A r9 Z1.1监督学习简介- J6 G D3 z( \' U2 ~& `/ V
机器学习的形式包括无监督学习,强化学习,监督学习和半监督学习;学习任务有分类、聚类和回 归等。
& t) ~$ G# \8 P* R- N. v- q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。, |( A% B# `# }" \. r8 e
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。+ G& ]2 e) z/ u; d* V' L; g
1.2决策树简介
s$ e- i5 S8 J1 c+ b0 X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。
# R, u6 W# ]0 d9 t( T# a* L决策树的组成" o: C3 e. I0 g' V2 e
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。
( M7 h1 C6 y1 d2 b; i' \7 G/ t# U" |( h* Q9 J% h4 K$ k" j9 m& E
import numpy as np& N Y4 E1 V0 l7 a: J0 w
from matplotlib import pyplot as plt
" f4 k0 o. o2 M, s: Ffrom math import log. m6 L/ d2 X0 Z/ J4 D, L
import pandas as pd
2 ^0 q' U( R4 D% f3 e$ limport pydotplus as pdp
9 }3 z& S. s" u( t4 F2 g! ?2 `1 n. y% m1 m, [" A
"""$ z/ T9 }2 Z- \& W5 y9 E/ b
19335286 郑有为1 P# h) s$ m) x1 |
人工智能作业 - 实现ID3决策树# \2 }' _- D6 s) u
"""9 I+ G& x; M& G( J" o- j" q
@5 n6 ?7 R4 A! j/ T
nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID' l; b1 \( i7 S# M5 J
color_i = 00 S' k. y6 M. e) _
# 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) m% T M" N! l m3 e+ g
color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
) R/ U4 p2 e3 R5 Q" H5 ^& R. q! y1 ?% h4 _" q
# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
7 _2 Z1 g6 ^: g/ e9 t3 v) S* Z# {class load_car:# Z7 ^. m4 Y4 }4 j
# 在表格中,最后一列是分类结果, x+ }+ r/ H7 Q* m G
# feature_names: 属性名列表
# D; O, [* K& l4 F: P! D # target_names: 标签(分类)名
/ s% _* }% d p4 N8 L% Q # 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$ i# L# K! m: \8 e9 l" k
# target: 目标分类值列表
$ w& M; f" I& W+ P/ B6 J; l) w w9 U# T z def __init__(self):. ^6 j, f6 @6 v$ p9 W( K
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')1 o" r. l$ s, p8 j; u" O: i
labels = df.columns.values- }* R- D0 b& T* D2 P8 G
data_array = np.array(df[1:])
2 y3 K+ y" P* P5 l" ? self.feature_names = labels[0:-1]5 H4 i. [( U. y8 F0 O; m
self.target_names = labels[-1]
! [& h% a' p/ H self.data = data_array[0:,0:-1]- b/ |- h1 O% h: y8 [# c' A4 _' T
self.target = data_array[0:,-1]; f, [2 t& @+ w3 M( R9 R8 r
2 F: Y; |" N; z5 N1 g
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
1 [- r& Z' U- b5 S; a* }; ^6 Bclass load_mushroom:
! ?2 h" q6 K- C3 E # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.) r: l: Z1 L1 e- o* `
# feature_names: 属性名列表( p8 I" `+ A& V' N; L
# target_names: 标签(分类)名
1 J8 y$ @- X1 P # 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
8 ]6 Z3 t% U: a% ^. g. q9 v # target: 目标分类值列表2 k( Y& k* f2 i( g1 r
def __init__(self):9 N, R4 W; k* s6 Y/ v# v( ?/ l
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
+ \4 D" z% y+ c& w$ { A% U% y data_array = np.array(df)3 w- E/ d6 U' e$ E
labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",! F2 C9 H& l. y0 s% R: G
"gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
1 |" Q% Q0 z1 o& d: b$ B4 x "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
8 G, v3 R" j, u: Y- l* {7 G0 M( ] "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
% s' ~8 l7 j$ x3 P: k! R self.feature_names = labels[1:]
! l6 Y9 k7 o' u) t" e" ?5 {3 H) E2 ^ self.target_names = labels[0]
+ ]6 e# p5 `* f! U self.data = data_array[0:,1:]
2 O$ n5 S& r# G0 V& @& j self.target = data_array[0:,0]8 U( N% D( k+ Z) o" {( C7 v
[. d! d! d) R% ?' n& n
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
, r4 ]1 H# B5 B6 ?; a- l! C! C! v+ uclass new_dataset:! H x% X# N$ F
# feature_names: 属性名列表* G' J; Q- q5 v5 e$ t/ v
# target_names: 标签(分类)名/ [8 u5 d4 l" L4 q
# 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( H$ x1 `, H # target: 目标分类值列表! s) H( |/ R; n) u7 D
def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
% V0 L3 A# | {% K9 m self.feature_names = f_n% \; l( X& y, `4 P& O
self.target_names = t_n
; C5 ^ ?$ R$ L( z2 p self.data = d
4 @$ K# L2 \* k$ U! A) m4 w: P self.target = t# ^+ M8 {6 G# B9 B$ T3 J
6 U" {( `8 B3 M9 `/ X$ c7 d
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
* q4 t, g5 J+ W6 |3 R1 g& M& f# q' ?; _# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
9 _$ q, S! ]6 |8 V, J- r# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
- G9 }; b" ?3 d1 W; p: P; ?def get_h(target):
3 _+ l* w, j; \& c target_count = {}
2 ^2 j" e* H$ o/ {4 Y# t" v- n3 Q/ y for i in range(len(target)):
) t/ ^. y$ n# ^. m! @0 D label = target* e! c) t+ s2 Q
if label not in target_count.keys():
. C( U& m3 a: X target_count[label] = 1.0
7 S4 R4 @6 Y$ U; M) K8 ` else:, P: d* N7 B/ {
target_count[label] += 1.0
2 ^6 O" L: C" d h = 0.0
# b* r; _6 ~# { k) s for k in target_count:3 L* _. S0 P3 E/ v" r) r6 y( N
p = target_count[k] / len(target)- o5 `% | G9 J, P5 [! p' x
h -= p * log(p, 2)
% {4 N8 ?) b/ J, n- M' w return h3 P2 y2 A: {. J
" h" s: [1 R4 }: A% N
# 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
+ h3 k2 ]* E: C9 i# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
! T! l6 o' X" {# ]- ^5 Vdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
[& H' S% V. R# E- p/ X sub_data = []
0 Z/ g2 e. v7 |' W( F sub_target = []- i" ^$ R" I9 y4 p
f_index = -1" [! g' B; c6 E& f4 C
for i in range(len(dataset.feature_names)):2 A4 n9 g9 g+ C
if dataset.feature_names == feature_name:
$ f' H) P) F- H f_index = i" k" t: q! z/ d" M! A9 E- j: R
break
7 C1 u+ C) {3 }' m% x: o& r( I: V4 x$ ^# ?7 s! E2 M3 l. Q9 s2 w- T
for i in range(len(dataset.data)):) t+ k j& j1 m6 e# S
if dataset.data[f_index] == feature_value:7 F7 L, c+ |4 g8 l6 t. D4 K
l = list(dataset.data[:f_index])8 a6 S4 G" i- d+ u! n9 d% J
l.extend(dataset.data[f_index+1:])
G6 m4 Z9 N+ `0 l: h0 k2 ? sub_data.append(l): M; o: [& R) d2 b# B
sub_target.append(dataset.target)
# N/ t4 `7 o3 A2 R; ?
5 ~6 Q' o8 g* n( M7 }+ }9 d2 L3 J sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
0 X( q( `6 s: y' x) W sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])% F9 `" ]* ~- S
return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)( R0 J& G# L2 e s( S
/ m7 q! P6 s% C, c+ d8 z: {# 寻找并返回信息收益最大的属性划分2 U4 t" H* d3 l5 h$ C; q& o
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减0 k' L& J6 ?! A0 ^; j. o& ^7 n7 D' O
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$. z. ~7 Q1 ?; s! `
def best_spilt(dataset):# ?6 t4 S4 A5 B) S) ~
9 {. O& v6 `! k base_h = get_h(dataset.target)- q" y. k2 c- v
best_gain = 0.0
! N% v; X' X, k0 ~" h2 i# ]+ C best_feature = None) e' ]1 j/ I/ z* R$ W, o
for i in range(len(dataset.feature_names)): u! d) a5 k1 {6 ~
feature_range = []. o1 |% a0 A' K- y' i! ~
for j in range(len(dataset.data)):" E# b4 @+ V' d& b; Y( e& p2 Y
if dataset.data[j] not in feature_range:8 r2 H2 x- [' s8 S/ e- U
feature_range.append(dataset.data[j])
- m1 I/ `- ]. r$ w4 l" E$ o3 s' ^! L6 J
spilt_h = 0.0
9 W, | B7 ]6 L" Q/ ^5 o' B+ R) | for feature_value in feature_range:
1 X% c) n0 \5 e! `+ N7 W6 G subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value): Y2 ^/ n& |* z/ C6 s' }
spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)2 v/ A3 v2 P/ s
6 n+ y/ e4 P: }- R/ o* n6 u if best_gain <= base_h - spilt_h:6 e- F+ } p; @. m
best_gain = base_h - spilt_h( t0 ^' |6 L" _
best_feature = dataset.feature_names
9 u- X6 h+ p6 U9 [
2 h% C# I! F5 {. C return best_feature! e) ^0 H% j# A( B& H
! y7 G& R7 ~; ~& c. L
# 返回数据集中一个数据最可能的标签. T6 l* u# @6 l# C$ j3 Q* m
def vote_most(dataset):, u z# u. @3 A# f5 Q+ Z1 z; f
target_range = {}
8 G m0 v1 [1 {8 Y9 F: S i9 v best_target = None
: Y l6 f% C( _1 g" [- I best_vote = 03 u- j& F) A/ I S7 y; h- [
& n' D0 m1 W2 I9 U
for t in dataset.target:# g# k. s# @$ C
if t not in target_range.keys():5 i0 N3 W# d6 C% M1 M& b/ t
target_range[t] = 1! F( J! `" ]. j$ I
else:
( h& W6 E1 `( L z target_range[t] += 1
5 N# v- m8 z- }1 d1 y3 l+ Z+ E6 ]; D! R7 ?8 H. q2 E& r
for t in target_range.keys():
% t. \, b4 L: J6 ` if target_range[t] > best_vote:
$ l. Z8 V8 y. Y best_vote = target_range[t]; r+ y4 v& ]' t( E# C8 Q
best_target = t
6 `- _& c% k' m
8 A! n: ]9 n3 w$ b6 ~) w return best_target2 y+ d9 A0 M. X
( r- S, U l- c5 X- a7 @
# 返回测试的正确率
( x* t! e/ r8 J. r# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
8 \/ B6 [' C( W, |def accuracy_rate(predict_result, target_result):
+ d+ b1 E" C5 X9 R \/ F, H7 G # print("Predict Result: ", predict_result)8 o& ]% e/ c3 n& v
# print("Target Result: ", target_result)
{+ S0 q& r, F6 l7 F- g+ e accuracy_score = 0
8 s& R: D) o) V g& j for i in range(len(predict_result)):
( f' x- [/ `5 L K2 k( W if predict_result == target_result:
6 r1 C: n: C! o4 x: k accuracy_score += 1) L. t$ g7 r* I
return accuracy_score / len(predict_result)( S6 l) N1 N N
4 D( H2 b6 Y/ |* J
# 决策树的节点结构6 w: G6 E7 ]9 Y+ Y# L
class dt_node:
0 p; h. J. H2 ]* L; ?/ j: a s
0 k( r" z8 Y! M def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
' u3 U' y& n: w! r2 \! F" Q global nonce* O( ~- e! P* i. x% \& e, o x
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图 s8 |0 E" ]+ T7 |$ a2 j
nonce += 1: {1 O5 `7 T; k6 j( A% r
self.feature_name = None; {! x/ c1 j, `9 `, u) j
self.target_value = None
2 g7 ?7 z: B) G5 Q self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签4 \" t/ g. G5 s; c0 {4 o
if not is_leaf:1 S+ h: d3 Y. g9 }; N3 a/ o I4 V
self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名; P% C9 u+ A! c, o# g6 s0 s
else:+ f+ \ k: ?8 E( p$ Q; `7 G" V
self.target_value = content # 叶子节点的标签
$ w( G n9 y `! D$ _; ]' |
n! P5 i" `. ~$ h; J0 I self.parent = parent
6 J! z* q; i$ U( d self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
& ~! ?9 g) A* D' U# m: A: I& Q, _& E7 l3 Y A
# 决策树模型& U5 A* h- I9 Z& F) t3 _5 l
class dt_tree:' p" A2 ?9 h; T, g# d3 L
9 u9 ]% _/ X) T% n( Y( f- N def __init__(self):
( ?! q( q# h. P6 f+ s self.tree = None # 决策树的根节点7 I) X. e/ ~& }! A
self.map_str = """
0 E0 I+ X; g* k3 D" z0 ? digraph demo{
/ S! u: J4 y% D! w9 i6 T" n" ~ node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];. U+ `% o `: n# @, V) z* B
edge [fontname="Microsoft YaHei"];5 \) |/ T1 t( ^* W. }& g
""" # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构( v& _# z! n+ b0 m' U, p( j% V
self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值; V! Q) w9 y0 H6 J% h0 ~0 x4 ?7 S- ^
3 S# s) @4 l: i3 t9 V # 训练模型, train_set: 训练集
+ w. O: m' i j def fit(self, train_set):- M" P0 T" S. l' a: h2 [ `
8 d) G Q4 |9 e [( x( h$ D* Y 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
6 `8 i! t9 }5 C4 S- ?" s return None/ M& P _4 |) k6 R l& @
4 _1 z9 g7 Y' w- x5 E8 C
target_all_same = True
' @6 V# B/ J% k) m6 B9 } e. G8 e for i in train_set.target: I$ |; R* U$ Q* {1 {* L# [6 P: k
if i != train_set.target[0]:. Y$ B& h1 M' O2 Z# Q8 D8 }- J
target_all_same = False1 `% D# r+ L5 V, _# X1 d
break& l; m1 V: m6 J" K4 `! o: S* G
2 e3 u; R; _/ r9 I# q9 u6 f- {
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' N( ]2 @' ~3 W: S3 Q. R% J" h1 A
node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
3 p1 L0 `$ [. ^. a- g, O9 `% u if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点. d! y! D( c4 [& p2 g d3 B, y1 h
self.tree = node9 c& z4 V0 f$ R5 P4 A5 h6 n
" O0 ]; Z8 a1 R1 A v" g; h7 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
, g9 _8 v- g+ s1 O' `5 \2 ]- f node_content = "标签:" + str(node.target_value)
( v! O# ]8 w7 s7 Z, \" p& p7 l1 Q self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
0 j& g4 G4 w. g3 f
6 t# ]8 M; V8 ` return node
7 s8 e+ u' i5 G6 \5 c+ ^ 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
4 v7 Q- Y6 t) O# d2 J 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$ x! z# x- a7 D& N! D
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点$ L% e/ z6 n& t+ a# g
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
! F O* x& O4 O: L- ^0 s0 K self.tree = node2 [& l2 |+ [2 g8 _; h
6 ?7 ^+ z$ D& {/ N # 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
: c% L1 D; J1 h0 o. [$ x" n node_content = "标签:" + str(node.target_value)
9 C. Y+ o/ V- m( f+ {! d" C self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
0 ~1 E# P7 ]! b+ M8 Y; M; K! \ R* b9 O7 h( Q7 V3 v
return node
6 U+ B: e8 `. B0 Y1 X' `7 Z' k else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
8 _( k/ k2 P% e+ s. s best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值! B6 d1 [1 t: U3 Z% b$ T
best_feature_index = -1
7 @ w, `6 P8 m( \5 a5 L% U) R for i in range(len(train_set.feature_names)):2 J; ?1 `7 E; P- Q3 s: _
if train_set.feature_names == best_feature:
5 C6 p5 ^- k+ \$ E. {+ L3 K best_feature_index = i
) E5 c$ ]$ h$ I* B break
2 r, a% k( o' b3 r( q
. Y: |" K4 J( I( l3 c, A% `7 T( \; A node = dt_node(best_feature)
+ A* b+ I/ R; X; d) q( y& g! l2 } node.vote_most = vote_most(train_set)
7 ]7 d" e: j# t$ h A& v if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点* X' c2 l2 D; m% o+ z! r e- Z6 `
self.tree = node
5 Z9 T/ j u/ t1 p. O" l, x) g+ G+ m" g # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色6 h4 M8 ^ h) P- j" s
for i in range(len(train_set.target)):' k+ \3 o2 I3 ^/ E, t/ z
if train_set.target not in self.color_dir:1 q! Z) g* q% @% u
global color_i
/ Z8 y; I% H( C+ l self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]; R" z/ Q# ^3 e" y3 f$ R' f
color_i += 1
* v* N! i# r0 d( z+ }0 u6 V color_i %= len(color_set)
5 B/ r6 C/ h4 M& Q
+ U$ ~8 H- t+ |$ J: ` feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
0 E2 V5 U6 |, {* t# J. X for t in train_set.data:
+ V; B* W. ?8 U if t[best_feature_index] not in feature_range:
, I1 N' C: d) `+ m" y! [/ \ feature_range.append(t[best_feature_index])& v/ [" w- |/ m& v6 }/ z
. x' b3 G0 w( z: {" { x9 Q7 D/ _0 \$ h
# 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
9 g' S8 F6 f; s0 g# ~& r2 i& Z node_content = "属性:" + node.feature_name8 E. z6 q8 h* \
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
4 l4 {: Z4 ?2 n" e* p; R1 l5 W6 }
7 i: ~( B2 _5 l6 ? for feature_value in feature_range:$ M# Z7 C) [# X, k. `2 d
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集+ q6 E+ K/ m# K
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点6 `; N% I+ D" G0 x" Q2 \4 y
if node.child[feature_value] == None:
% i: N$ p, Q0 W2 E1 }! o # 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" Z8 w& z0 R i2 }
node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)6 E9 }; w. ?) F% L+ `
node.child[feature_value].parent = node8 F- H- D# J' h( t. ]2 N
5 V) O3 P1 W# r/ G0 r5 p' b8 Z
# 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
! e2 |+ q6 Y8 ^6 H) @3 z5 H self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"; B5 M$ L, C$ F+ k: f2 ^ T
6 \ a4 V3 x' e8 ^. ] # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)5 N. i0 ^. p) f- n
# print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)4 \+ ^& j; x' a$ t M
# for feature_value in feature_range:
' S9 y6 P6 P5 Y( i& L # print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)6 P9 B1 J1 m, o2 B6 s. J# \
return node
4 o& m2 Q( t8 T5 z+ {+ |9 w
& [6 p. K* m3 i* B# X # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测) b& z. O3 M5 t
def predict(self, test_set):' q6 K) L3 K: s" M+ S, y% ~1 _* f, n
test_result = []
- D. D% D" O1 N/ O+ K- X for test in test_set.data:
/ S8 h. v( P0 H' J! N$ h node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点0 e8 B) F0 ]0 h) ?7 z7 F
while node.target_value == None:
$ w9 B# @8 p6 j3 Z7 D feature_name_index = -1
/ B6 E$ m3 b) Q$ V$ }; q for i in range(len(test_set.feature_names)):* D- R- R/ G) [8 `& d& ~
if test_set.feature_names == node.feature_name:) T' C: b$ e/ N/ O# Z% t# s' `
feature_name_index = i$ t4 w) ^+ m( n( i
break: L5 x( h$ o$ _/ B+ u; e: `& \
if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
* a) h" o) I* `7 ]4 v break. u T# f8 i$ e/ L) R; B3 i* a1 `! n8 N( S
else:. {5 s# Y$ Y( \# W. _
node = node.child[test[feature_name_index]]" R X; f2 G3 `. [
5 b+ w' a7 Q: L! u4 d if node.target_value == None:
* P- o2 t, T1 _8 |- f5 U test_result.append(node.vote_most)- \) |# C& {9 D9 {- Z# k
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
* D9 `% [6 W: Y! A8 K test_result.append(node.target_value)
; |) d4 O" B$ k; a5 {2 e* W! Q( R# ], S0 i) M5 r
return test_result6 h. y3 a1 @: l+ E6 c0 J% \
: r0 a/ m# R% V # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
" \; h: Z& h+ f def show_tree(self, path="demo.png"):
# l: _$ O0 k- {6 S$ m map = self.map_str + "}"
0 R% \, O$ F5 D; l2 ? L5 m2 e print(map)
; D. c& S+ l( I: S: u graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
k7 t6 k. I( U1 F; a! Q graph.write_png(path)
[6 E8 d# w! f S# q) @. U- Z. s" o- H3 n: Q9 D! P& z4 r
# 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
& |1 b# b- A/ ?( D1 ?def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):9 {8 Q8 T+ n2 J3 \1 X
c = dataset
4 c& {: e1 C) Y8 ^2 g! D% k$ { r = range(5, len(c.data) - 1, interval)0 o5 e# [. i+ a* F* c
rates = []
; h8 k/ N1 v' ~6 K8 S( V$ M for train_num in r:
- J* m7 w! h9 r' Y z. y; |8 K9 e% ] print(train_num)
. T# W6 Z( _9 F$ P2 a N train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
2 x) Y( n/ m3 V" p test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])$ N- M, h$ C) X* B
dt = dt_tree()4 Q+ S; x) f, l/ G4 t
dt.fit(train_set)
1 Z) y/ V0 m1 @" L rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))5 x" W! J2 M8 g% ?' ?0 T- P% n" p
5 r/ m; F. ?8 H* i: Z) z/ }
print(rates)
( t* Z H2 q. T4 N( b7 r0 f plt.plot(r, rates)
+ l" n# P; a1 \# f- x! l) w# y& K plt.ylabel(label)
0 T: i+ z) b* z plt.show()7 [ ?2 m7 ~ ` C- \9 f
* t7 l; K2 a: F) ]4 t2 U1 Q# |" X
if __name__ == '__main__':
9 g& t6 M4 n- q+ z1 O) i% \, v* x
! x; D1 z# C! L) l8 K& w c = load_car() # 载入汽车数据集& F) D" W1 r5 F/ v$ `+ A/ m9 w# o8 F
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
+ _2 y Z( M: ` z9 o' X# w1 s train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
5 \# f* F' U3 K& R. n train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
- a' X+ S+ u& l: U' R4 _. J test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
) x: M$ C+ Q9 F' |* m8 |
# g& @* E$ n V1 L8 _ C. L; e dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
6 j, s# K; B) D& C8 L. p dt.fit(train_set) # 训练
9 t4 T: F f6 L! }$ i+ O5 y( w# m" |2 ? dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片3 f5 M F( V, Q: U8 h
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧# |$ m. z4 a5 e
8 D8 c8 z' Y, I/ y, M3 ~
# incremental_train_scale_test(load_car(), "car")7 Z; _( W- Q% \. U
# incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
6 {6 D) M( G0 M1 R; k7 b2 r4 T# c: ?0 F. X {
9 e# M# b% ~/ i( N O
$ U8 _$ k, F/ G: m2 s4 h/ {- K$ D1* [% E3 R5 ]7 v* f3 K. E
2
8 I' b# s: d4 ~9 z3% d1 n/ f6 O3 r" s) s* F
4
) P2 ?+ U) h# k8 V" r5
0 u# M- ~ }) a* O" V7 Z* P! H. J64 Z+ k) V7 |8 Z$ C; C
7
2 R4 E+ Y: g. R T! A2 L: O' @8
& ~9 E" @. z. i t7 F+ G9 Y* B97 X: I9 p* e( C! F: [0 U
10
. u9 O4 I% P( D- q) N7 M6 `( d116 |( e0 c$ r' M0 @, A
12
+ i' J& X7 B5 h6 T13
& R9 F' m/ A- x* U4 U8 d, @14" T3 }: {7 W1 _( Q& \" |
15
9 L6 D6 o$ Q% {" z/ P16
. \% a0 Q: b; c$ z8 `172 u6 N; @7 M) A- @ W& g7 N
18
6 i7 D/ B/ m6 t19
# H& \, g7 d$ }' f; M5 k6 ?* I20
4 D5 S' |* G3 Y3 ?$ }# l210 Z. f9 G; V1 ^8 T+ Z& ?0 l4 i# [) D
22+ i& K+ w7 H, b$ p
23$ R8 R6 ?( {+ H7 U1 {! ~4 Q) y" w
24
2 I& o7 S& F+ x: j k( [- K25
3 |8 H* I- ?9 {! N' O9 S26
7 a/ E8 ~3 T) f a/ Z4 ]273 F. b T: g# m. {6 l+ T
28
6 v! l$ c1 a$ y; U: V1 Y9 q29% Q4 D. d& a4 Q! Z( Z# L# z
30
$ y$ _3 H m8 N: X8 S31& _4 g$ `: b& q h
32
1 c- O" `1 e. H33
! G% j* Q+ `* G9 h8 L$ O8 V* g34
3 A4 M. C* P' M0 X* k35. X* U5 j7 m5 j, Z+ e% i
36
# L& L- D/ S- Z2 k37
& j+ i. v5 i9 Y3 }1 Y38# ?0 K' L) O+ o' q
39: ~, I% }+ f% v9 [: ~0 L" p
40
* G+ Z: c$ j2 \5 W41
' P$ m. b! j' n" b42
3 g( m, D: P+ f: }8 ^+ V" X& h1 c1 Q43
: @- m8 X. v) \% Q$ X6 U& m44 s l0 |$ E: e: w
454 S. z% m1 A. ^. d
46
, l# ]& l, A5 O' V% _- F! w! ?479 |2 l' _+ f! j
482 c L6 A$ y" B6 h8 J4 u
49( N. N2 U# S1 ^7 B
50
: h8 b4 {5 H! `# _) l51
, ~2 m& p. w9 U52
9 h# L3 w% }" a: b5 t* f+ w53
2 B. @4 u& W1 v( K9 o& Q& U54
* S3 y8 [4 r( m4 L55
\$ S) w7 ]6 ^( P% h566 l2 s+ c& [( J
57
! u% ?0 `: a7 b J t58
% b: K6 C+ V( k+ \59
; k& l y6 M6 l0 a/ O603 F7 Q2 j, L, w; c2 j3 K" L
616 b2 c1 E! _) u2 D# |9 a
62
& _, k( `2 A F63* I# Y, B: I9 }. y0 x; b9 d$ H6 ?
64. B' U# W9 s3 u; g
65
$ }" Z( k7 {3 T6 e66- V9 X8 {( o4 P+ a; P
67& `' r$ X7 I1 I/ R
68
3 X* C6 h& ?1 \7 d( R69/ B6 {' x/ M4 q1 L* Y
70
+ `: H, s( U0 L) l+ [71+ K6 V8 W) U7 r! t/ r9 l: W2 ~3 }4 i
72) Z) E0 L; [6 q0 V& j( g0 S
73. ~0 y7 `4 K/ H* Q3 D' Q9 A
74
# M# _) R- x' e9 i) c75- `5 w7 } B& e0 u6 }) Y
766 H) y; T( \ ~- p+ [! S
77
. e( d7 H( k9 C4 X78# l: w0 }- t1 T: y
79
3 r4 l8 j X* \& h" Q6 A( e800 c* q9 S# T8 o+ ?
81
; M8 Z6 o/ B) C5 N! c% p2 p82
9 c# N( L& f% t( L, ^6 L9 e1 w83
M: O# T$ X' g& E7 }5 S& y4 z! v84
4 a( \; z3 W9 J9 g+ \( b85* f# ?: L' n3 v; A6 v) M: D& d
86 x8 {: j& M- x6 m. w
87; X6 X# y6 x o) M3 o$ i
88
Q0 f* P) c$ g) z2 d89% F# @ o( b( f& ]5 l
90
9 [3 z" c' A$ A9 b, ~- X918 `) F, K' F0 e) O% o8 j
92! q X8 C3 x# g( o; r9 P
93
: { r/ W0 R' l+ y) l941 Q: Y; U) @& a6 F- i
953 C/ O: L y! d! q
964 T$ q" K: }& \- a- B- [( q
97: w ]9 p" I$ \# _- r2 c3 T
98% ~9 } T2 P7 Q
99
8 ?0 N' t( X3 Y* z1 o: R100
* S. H7 z( b0 S8 J; A8 p101
- Y, C% X; i; X# J* X: w+ O% t102
' a0 w) F! e$ I# P# c9 q103
# M9 t5 e; i. x z! [104
6 {1 R/ @; {! `% G- l* A$ l+ Y105" F! M l+ g! F. C G
106
# g% N* h; }" ^, p9 J107
- C1 L' f- G6 Z# t( I108 H4 O& X+ W7 F& K' R
109/ d: G3 P0 a9 I$ H1 v: h( a
110
8 G# I* U$ \- ?/ @7 U111& S8 A7 p" N, J7 ]
112
; P1 _( d; Q* [9 U8 @113/ M3 g; n8 c' {1 p
1146 H m7 L! A% |# L, K) i
115
+ H1 K' O. A: n9 ?+ H* t116
, @$ j) z8 B0 Z$ }117! Q2 V7 s2 [2 j3 J
118/ S9 Y: C8 }( X
1194 E% A; M7 b/ Y
120. R7 J/ T N; l3 _2 P: F) M
121% z9 z: u5 U# ] @9 C
122# R8 |. m9 _3 @3 G1 O
123% |# L- j* X/ |/ U) Z
124- ^7 M) `; T4 H. `6 o, j* D5 I
125
+ }# ?% ^* h! Q% E4 _- k1267 q9 \) Y0 p- b
127
9 H3 s7 v' [/ h4 p8 d2 `4 b128: |% e! e9 c" A/ S. [) ]0 y9 X
1294 F: k4 ~. k1 ]" e [- \: l' U
130+ |! S) g3 r& V3 M t9 L
131
$ b( m- J( e( X5 |! R! L9 {8 ~132
+ \2 _' j. C. \& z133# N$ m# E; ~5 s9 e9 x9 ]6 Y* J/ I
134' p9 z3 c6 w9 @* Y1 s9 T
1355 U" {/ [; }: D1 T: T& Q0 B
136
. e, R- D/ b8 l) i( n% } }' X137) T7 i0 L, v/ Q, ?
138
/ L, |* W( V1 v( k139: y7 F/ P& J5 x1 K+ |
140
3 b+ ]/ g* t! |" t0 n& z141# ?9 X9 k& E3 ?9 ?- O
142% ~' @, e: h9 ?8 G3 R3 a6 _* D
143
8 E* U) }8 Y6 u, I( }5 Z# y144
5 v0 F* s0 c/ V, b8 n4 s145
. d7 K. L2 k6 q+ D. k8 u" P146
8 ^, p ]9 |" H" P147. g" d$ K' p# B) _
1483 u. g% D) s3 U& _2 j" }* I( L+ x) ~
149" `3 v$ k- M8 i5 |; @) }0 O1 Z
150! P" M' P+ ^4 q8 f; }; p5 d
151
& r+ y* Y* v: ?7 M9 d5 C1 D9 d152
" K @$ J5 h Q" |3 {; W153
: c$ l4 n' Y* v* [1 s154
1 y% v4 Z2 j- X; g \8 w, Y155$ O' e/ {( D5 T+ C* C
156
2 ^2 \2 o/ i, l. | M! N157
% ~0 }' {$ U( K6 `5 U& |158
! ^9 c8 i2 n" k) e* C( I159
9 d$ U3 L7 x3 e. t3 \+ q" k I4 G160" Q& D' \7 p1 R! Q, X8 z
161
4 E" o: e4 h# @' F3 S1627 j- d- \) F& ]! u# y& Y
163
$ I4 _5 l9 p7 N6 F+ T( _% ?; d164) `1 R7 F$ X2 v+ r
165% h1 G5 C$ C) ?( d6 k0 U
166" \ H/ T7 g5 e; _+ v0 a8 i; J
167( ?# l5 k- W2 N2 |8 Y6 k( s
168
( d" g' x' X' O8 L" h) |* M1697 {( a+ X3 u9 B7 |! R1 E. }3 S6 d% H
170
5 d- f$ N) s: b( `! K+ H t$ W171
- m: a# F9 v) E5 Y& g172
/ V' G% D ]% [, c7 l. d1734 ]$ z3 X1 c% O4 K- ?7 H" W! v
174 q/ k% E) q3 V5 l1 k. }3 K8 K! A
175
8 K5 x! {% O+ \9 a5 e176
+ @7 E/ w+ a; F8 f; Q! F' |177
) d: k" X; e: [( j178
' |6 f& I, ^7 c8 D179# O% m5 A8 N, T7 e7 a- {/ b
180# u5 F" Q3 }+ k* |5 j
181
6 K6 I% k4 L* r$ _0 V182
e+ s I7 q# u5 L: h; G% F. i183
: p3 |$ C- N& V1 r; a) U/ O( t184# B x, j- j; n. Z) C" ?- N
185
3 T/ x2 w3 t1 x+ H z186: ^7 N! m9 C s9 X' t, _
1874 F5 |3 b; \+ D2 K; W: y
188
! v; D2 N& ~) B189# B% F: W1 Z* x( u/ ~) x5 [. X
190! j2 o2 m1 i( t+ U9 w
191
2 v% R* [! ^" h3 a X8 `) B: w192
. Y- |! ?* M' | u3 ?1934 N: V) c, l! K. u% j
194
3 c; ? s4 V8 l2 T195; O6 O/ d" C4 Q! u
1963 Q+ Y1 d& w, r* W, d2 ]
197- K6 s e; S! x' m: G# \
198" s+ ]4 r. R3 V6 d$ y
199
; K7 N9 a! W1 k200
* h$ n) ^& u. u+ o' ^) k201
6 `; _2 K. f* v/ u& `/ Q202
/ e5 b4 l* d$ C# g! _* X1 t203
3 |# M" i' S* ^0 J204
1 I' ~& A- h! {205
5 B) r( D1 P6 y2 X6 U6 F* f0 u, h206( x" a5 H5 u; t. I. j
2079 v; a. }$ V5 r) w( ` T% @
208
|. R8 p* D; j. l f/ o2095 b0 C9 X8 J- c- J. s+ I/ Q7 P0 {3 X
210) D# r/ x' \; o1 s8 Q/ ~8 u
211
. W/ q5 a, s7 _. k8 y2 X2121 f- L4 E8 D5 Z0 b5 A$ Z/ k
213
6 l6 w- c b0 c/ t214
( a4 G' O( m& c( b215# }" v% y' V1 \" H% d
216
6 m ^* k* M) q! `217
2 C# s3 f5 Y4 P2 D) a" Q# R* H218, k; b m, y" o4 e
219* T+ B% x: t }( b' k
220) Y3 l( F g" a4 {. p: m
221, ?/ P! O' g7 R6 j: _# i8 S
222: K( N7 u' m: q {$ m- N+ Y# X2 e. A. M
223
8 }+ F9 s4 P( ?/ N1 ~224
3 w! K: P- _ ]6 T225! V6 @* M2 i, W* D3 }6 Y @# P
226
, x: b; L" f0 P) U: R9 b227
# }4 o9 z7 Y8 b' V4 z6 d8 Q/ b228
, `7 e/ R9 t3 n, U, _2295 a0 u' I. e. g1 T2 ?5 B
230* s! ?. B/ l3 v" ~! n, _# I
231
6 F( ^1 Y! e# y: c& W$ j" X* x2327 V/ n- e$ g0 O% ^" Z$ g6 }) ?4 G
233 W. A1 G6 A0 m0 Y
234
" i Q: _* A1 [$ E7 S; u4 S235( K1 I4 K; n4 Q
236
u( @+ n! x/ d0 ^+ O237
, G$ d5 \4 K% q238) ?" w; j9 D R( h( E$ q8 k
239
8 ?6 w2 [4 d7 p: k0 F$ @3 @; s2407 L3 U8 d# I9 p0 |
241
8 m- l! K3 g& H2 J6 H7 w242
8 S9 z0 {) k( T9 f7 F243- m+ R; x n" w
2448 B* Y- O6 o8 B6 G
245$ N" c2 r0 ?" M+ D/ F* w
246
% D% P& U' u. N2472 A! H6 ^& S2 Q; {- ^) l& z
248, ^" R' `0 B- M6 K- Q4 p( B
249% H$ y" l5 j- M' ?6 c4 K' A i- D
250
% ^ w, c! s8 U4 R251. g$ q3 x+ A8 Q2 d
252
( D: s' h2 l. Z9 L7 b6 T. t& _253
$ w$ j9 v% Y" ^254
$ ~9 R& U2 D. Z5 L. I6 x+ ]2557 Y$ J, r, e% z4 O
256
, g. y u% V+ W1 m3 M9 [3 x257) K' b _* v7 O
258& z2 e8 ~7 L! G: Y2 L/ X+ f
259
$ h6 ~9 p/ h+ M2 Z! R260- |$ G- Q' q$ B1 d
261
" P7 W- L! {; u262
9 H) L5 i; d/ u$ p9 z0 U263+ m" W2 n" P! E, Y# z7 B. a
264
: U1 G% h5 ?/ A265% d' U4 |$ ?) p" [; d
2667 Q! `- G6 b5 o* D5 Y, ]+ ] N
267
1 Q; B f( F9 n. \268
3 l2 H% g; j: y0 F: M6 _, [8 [269
3 ?+ w W7 S6 R+ i5 M) z0 Z2706 e2 t6 A2 [' |1 q1 Z
271
; q5 S9 |9 R+ B" _272- i& N: p+ l1 E/ i2 l
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