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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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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

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    自我介绍
    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

    群组2018美赛大象算法课程

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    群组2019年数据分析师课程

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
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    基于Python实现的决策树模型; @  V5 W& G8 h0 U5 V' o
      l3 m; ]0 T2 Z$ \  t3 J
    决策树模型
    . X* O# e7 C$ K3 P目录. ^; [, V6 K" Z  E' ~
    人工智能第五次实验报告 1) t4 K. a; @6 B6 c! s
    决策树模型 1
    : {# {+ g* Z* Z9 c# I( N一 、问题背景 1
    : r; a' c4 Q1 F) ], D" j. R3 |1.1 监督学习简介 1
    . v- F' X" l- N, `/ k7 Y# [3 `1.2 决策树简介 1) W. z3 J6 r" F4 ~
    二 、程序说明 3+ x* s5 I5 B0 r* T# n0 d
    2.1 数据载入 3* A' O' a4 D/ I' u
    2.2 功能函数 3" J$ ?& j, z: ?( m( E
    2.3 决策树模型 4
    * w# I' p% A  v6 Q三 、程序测试 57 I& k. m$ @; B. d7 A- I
    3.1 数据集说明 5
    7 W( ^8 S! H) b3.2 决策树生成和测试 6
    7 O# v7 o+ D7 N3 A- Q3.3 学习曲线评估算法精度 7
    ' G& K  I9 x6 y8 i7 D  k四 、实验总结 8
    - i$ O; T, `( X附 录 - 程序代码 8
    / S* m/ N( i. `& ~7 ~/ n一 、问题背景- Q% X) m( c3 Q( k- |
    1.1监督学习简介
    ; [0 t. l8 n! S6 p( f/ q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 U4 |/ y  K( F. @9 M& o
    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) z4 X% s/ _4 h) z) }7 B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。2 L9 |* }9 o/ ?8 L9 X
    1.2决策树简介5 i; q; i7 H6 X) J
    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。5 F/ Y8 l! S8 y  M9 @
    决策树的组成7 g8 [: o" O: c" _# i; Q" }0 h& D( s
    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。0 i3 k& s9 X5 O
    7 P$ h* S0 }- x8 ~( b' Y7 z9 y
    import numpy as np
    * S/ x4 d# o( b0 h  ^+ ~" e) Efrom matplotlib import pyplot as plt
    & B( Y8 d! O6 |5 G- ^- vfrom math import log
    $ j4 F# j/ ]5 Yimport pandas as pd) L& K. Z) o3 S# A7 H- a
    import pydotplus as pdp
    ( T% a; i2 ?" {. ]/ E( R' j* o/ s
    """
    ) {+ r! w/ }$ @' @' n19335286 郑有为  q3 H7 x+ {( \8 y. e) P: Q: }% X' C
    人工智能作业 - 实现ID3决策树# f$ O. Q4 c9 q  ^: y
    """
    1 A- g$ C2 H$ }: G7 F- V, [1 `6 Z9 I# [6 c1 T4 }" }/ k
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID7 J6 A' c. _4 {" F  d( J$ L1 `
    color_i = 0
    1 K* y" H- B% [# 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0 X1 m0 x+ u( f) R1 \
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]: [# A- E; e; _4 }# T/ e+ D
    1 `/ q* P; t) i* }/ U3 Z
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    0 n( x  s0 q/ {class load_car:; G: m/ O6 F! X2 \% s$ {" b
        # 在表格中,最后一列是分类结果! W7 c, h# u5 U# T% P" s+ N! b
        # feature_names: 属性名列表, k' y. X4 N* J2 c3 J# a$ \
        # target_names: 标签(分类)名7 l" t3 a- |6 D' i+ \0 G5 o& F. X
        # 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. Z3 c' o# q4 q  ?5 B    # target: 目标分类值列表) l7 Q  U0 f" T' R1 }! B9 u
        def __init__(self):# S  |& ?) g  D
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')% o& |4 K  `& N+ O% r
            labels = df.columns.values! Q& D2 X7 |/ X; I' G
            data_array = np.array(df[1:])
    - r0 m; g5 ]3 ?5 I        self.feature_names = labels[0:-1]5 f! v* r$ Z5 ]  ?
            self.target_names = labels[-1]0 F3 i% b# M1 g6 q! m; o
            self.data = data_array[0:,0:-1]
    3 M( o2 t0 M& ~  U  Z$ ~        self.target = data_array[0:,-1]
    / I2 O9 ]6 o' q8 Z) A- k& _# [( h1 Z+ c9 G: ]: v, y
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒& S0 ~1 D8 t9 }5 v+ C+ k' k
    class load_mushroom:* S) Q) p5 F3 I2 O! z- q7 U3 a
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    5 u  [+ p) c) f0 i' q) m    # feature_names: 属性名列表
    " q/ ~  G: C4 d9 b    # target_names: 标签(分类)名
    / x# e: d' \9 ~) ^2 c+ Y1 m    # 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* b+ H* L/ w; G* N+ Z; R& L6 r3 W
        # target: 目标分类值列表
    & K) F2 d5 X1 @    def __init__(self):
    1 k; s, e# |: ^6 T8 @: N1 V1 P        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    / f4 K- n/ B0 ^' o        data_array = np.array(df)$ [( a1 v8 P  b7 \  d; f
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment"," u$ M. u; f0 R" g, v4 z& W3 k' y/ I
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",4 R2 e+ h9 A( Y" \% y4 `- _
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
    + o8 Q; H9 M7 k0 X% H$ ~                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    : w# t- \9 i7 L9 o8 D& M        self.feature_names = labels[1:]/ y2 L- z4 i# p8 z6 A! H
            self.target_names = labels[0]% a5 [' K6 b0 n  `0 C: g
            self.data = data_array[0:,1:]
    6 ]/ l' z- A2 o3 y8 s2 J7 f9 H        self.target = data_array[0:,0]9 s3 P; r' i) o+ @

    : b6 q3 F1 M9 @; P4 L- K7 T# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
    4 ~5 g0 |) e; k- }# V7 W8 M# Yclass new_dataset:
    1 S5 }) G: E( e7 _* c' e    # feature_names: 属性名列表2 o- N" O- N9 g2 S: Z1 Z
        # target_names: 标签(分类)名
    9 n& X) \5 Q, p" j& F9 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
    ! `; p" W# r) @' i1 ?$ o    # target: 目标分类值列表  D4 t8 q7 L. I
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    / }) O* f2 {6 `; p  \5 ~% I# M        self.feature_names = f_n# g; H# z- w) J8 t/ A
            self.target_names = t_n, J* d# {% _; n* V
            self.data = d
    * j# ~( u- i5 @  q        self.target = t
    . S) d0 F0 Z0 Y' `: j2 C1 ^% g& A" N0 y+ Q3 w
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    ( Q+ v8 O! o  s8 e/ u: t! @#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    , J! G0 j$ O- i; O# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    % K0 z+ M2 n$ j& Ydef get_h(target):0 s% |5 ]$ i! ?
        target_count = {}# f* n, l- o/ G
        for i in range(len(target)):' j& m2 T6 X; m0 ?0 `
            label = target+ _- A0 A$ K5 a% A9 T
            if label not in target_count.keys():% v+ y8 P! ?% V6 n6 G
                target_count[label] = 1.0
    : e1 D0 a# }; M9 z. L; A1 o/ x        else:
    + v) D- b& x' A$ M6 v            target_count[label] += 1.0/ O# H' k* U: I1 Z1 M
        h = 0.0/ h; b% y3 p% K6 v+ O7 A
        for k in target_count:1 E3 g! V: {# i' B& t! L; _
            p = target_count[k] / len(target)
    9 @6 z8 g" ^9 ^2 K: t/ {2 a0 X        h -= p * log(p, 2): l5 z! _1 e2 b* q' E/ [0 g3 X
        return h  l+ b1 O1 b+ t+ {5 R

    , c( [% o* A7 D8 ?2 \# 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
    4 w$ M- q6 D5 e8 g: E# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列) ^1 O' J' S* {+ i* L' y8 g. L
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):; h2 F9 l# H8 O9 t) r& A7 F
        sub_data = []
    1 F, f) ^4 d& |3 W    sub_target = []9 s% x4 w  d3 D9 r
        f_index = -1& n# U& J: ?3 r4 Z' ~. t. M: i
        for i in range(len(dataset.feature_names)):
    ! I1 E( J9 k" F2 j2 f* n        if dataset.feature_names == feature_name:
    ' n  G! D* B9 \3 O4 S            f_index = i
    9 p. l2 s5 K* e, |# @. c            break/ b- _) ?) k, g% m, N

    ( Y% @6 x' [4 C4 s    for i in range(len(dataset.data)):
    3 b7 W* A2 Y9 r8 F; {- a        if dataset.data[f_index] == feature_value:  X- v% u' d! r9 V0 @
                l = list(dataset.data[:f_index])
    ! ^5 a& C; A  H, P, O& F            l.extend(dataset.data[f_index+1:])6 C4 t, H; o" w" B
                sub_data.append(l)2 E, T# m" c2 _- R) O
                sub_target.append(dataset.target)
    " h! \6 O: L& K
    9 f! W9 I3 f) i: i6 E. Y    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    ( p- T1 C! C+ A# K    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    0 z# e- V8 u) R0 A( Q    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)  l/ x" G4 B! H8 n* ^# y/ V1 K
    + F' l% U3 n6 e# d( C0 C
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    . h" f! w, b+ ^& f  Z& N# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    - w! _' [5 U- L# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    ; d+ }2 r! a3 Y  U9 d: Q' ~5 Kdef best_spilt(dataset):3 h5 M* a9 [" L) ~

    : v3 J; W2 x5 Y: o3 m: P, Y* o    base_h = get_h(dataset.target)
    / u/ V3 |; A7 W6 G( z: O& i# L    best_gain = 0.0
    + e+ Q1 k% }2 q    best_feature = None) X# W6 {( A9 m& P! F" o
        for i in range(len(dataset.feature_names)):! l$ }$ c, K8 L. t% m. N
            feature_range = []8 w, h, o$ t, y: g. n" m6 ?
            for j in range(len(dataset.data)):
    * U9 Z, R" V% a" Q5 l) B            if dataset.data[j] not in feature_range:( I6 m" E0 P/ W9 G( L7 J/ @
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    5 a6 q" w; d+ u0 h; J& a! s
    / c8 a- }; l1 m' u7 t! K( u9 v# }        spilt_h = 0.04 ]& Y0 m; V0 @0 `( F
            for feature_value in feature_range:8 c4 J8 {: w1 ]% _& X* N
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    - L  Y; r; s. A            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    & D" `( W9 H. t$ j
    . o! r- @/ Z2 [& @% g        if best_gain <= base_h - spilt_h:
    ! q1 G/ W* _  C9 [$ I            best_gain = base_h - spilt_h1 t: N7 }+ d  P# o+ l" L. f5 M% t
                best_feature = dataset.feature_names
    % c$ R, p$ D! y: r4 W0 ]4 D5 z- L: H$ z9 J4 H
        return best_feature6 c1 L7 X6 j( M

    % ?* ^7 J% w1 M6 s( R" [$ J7 }# 返回数据集中一个数据最可能的标签
      U8 c$ _4 b. y5 mdef vote_most(dataset):2 J( _/ D: q7 R2 X. Y* H2 u2 ?
        target_range = {}
    5 t. |8 k0 O/ c; \' T* ^" @    best_target = None8 P, b7 T* E0 }
        best_vote = 0& `# Y: J& R6 q) d
    % l; Z; I! y- o' L! t! D
        for t in dataset.target:" U9 t. d5 f& }9 v$ X" A7 b
            if t not in target_range.keys():" t& Q, ?0 _# e6 Y  F7 X* z& ^2 h
                target_range[t] = 1* M. |3 S: h* d; Z+ }3 k- S: G# b- _
            else:
    ( a7 i& C# {( K( C            target_range[t] += 1% z/ t  D( Z+ q! Q, w% c! |
    / N3 @$ m* K% c& g( E; {
        for t in target_range.keys():
    0 X% u- m/ E1 y( q  _1 `        if target_range[t] > best_vote:- n0 R6 q; r0 D- i
                best_vote = target_range[t]# N$ L* h9 Y9 v: `. }
                best_target = t$ i2 x' t# o# v! S; I
    ' X6 q1 M+ `5 e3 m7 c- P; D: U! r
        return best_target' _0 k9 ]: s% `  v' {

    . W; \0 ?2 f( }/ q% f# 返回测试的正确率: a7 b. b6 F% R* T
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    - b! a6 A" D! d/ Jdef accuracy_rate(predict_result, target_result):
    % I0 x  v# X1 O3 L/ E) [( U- H    # print("Predict Result: ", predict_result). G1 E  Q& V  y% u/ l) L
        # print("Target Result:  ", target_result)1 l; u3 y* _6 ~( }9 b9 q
        accuracy_score = 0, l: ?% b6 M, w$ G# D) b9 M
        for i in range(len(predict_result)):
    ) g$ s+ r1 I# c2 H; Z        if predict_result == target_result:1 _2 R  l8 p$ h( M
                accuracy_score += 1/ [& m2 Y) c& v/ U/ i
        return accuracy_score / len(predict_result), y' W9 W9 }! n1 _' [3 z: Z# p; |
    4 j; }& i4 p0 y( A
    # 决策树的节点结构
    0 E  S3 Q( I3 D8 ^class dt_node:
      N* [7 u! o+ }% c9 N8 u/ i8 F0 j
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    1 `1 K% }- G9 b) A& `        global nonce( ]6 I& x! _) c0 f2 b5 S2 k
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图( p" A, |0 J- F. v
            nonce += 1
    % C( j2 i% m1 B        self.feature_name = None5 Z% q, ^, r. T( E; p: A; B% u
            self.target_value = None% n/ B7 k6 `4 x  @
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    # w- K, S( V" j( Q7 G7 s        if not is_leaf:( R% Y, U1 I$ r5 h5 ~4 w: Q
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名; g( C/ d- [; y: J* C3 `
            else:
    . O' N9 }5 R2 Y: t1 q            self.target_value = content # 叶子节点的标签
    3 r8 h6 o+ ^  ]* V- h# W/ r  ?2 [" m9 A8 |, h4 H) P
            self.parent = parent
    0 t4 u' v. G1 a6 r5 W        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
    % p; q( y* B6 v7 t1 B! E5 g. I; \% a0 r7 k6 k# @6 @
    # 决策树模型
    7 B* [+ H" k8 C  j9 eclass dt_tree:
    ! M: U$ r* J! }. R& E! R) ~1 x- w% _/ \. R$ v3 `" a9 B
        def __init__(self):, R2 [: w& _  ~/ `2 m
            self.tree = None # 决策树的根节点
    2 B2 K! c+ j/ j' Y; v; h        self.map_str = """
    ! Y: ~7 }* ~3 L6 I4 H1 r' Z            digraph demo{
    * ?8 [9 m. g! G% V& H* ]6 F            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];% ?; Z2 G/ H/ j' ~
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    * K$ n% b% i5 i% ?! q" @            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    ( S1 H; P# w/ N* `  ]        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    % [3 X' j% W9 w6 ]5 q; t- @) h, l/ ^
        # 训练模型, train_set: 训练集
    4 \& y1 w. n0 R! c1 E8 B    def fit(self, train_set):
    5 J9 w7 g* Z& p& @
    + ]; g3 n4 E+ ~7 `5 x1 C6 |3 a        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  i4 q( ^' i1 X9 M0 _, G
                return None
    - C) ]& i! d1 P2 M# q4 u% j
    : e; V# b# j4 ~7 T1 A        target_all_same = True+ k- o$ K; c. s% m* X- L1 H; x
            for i in train_set.target:
    9 s5 H0 X7 D5 Q, ]- y            if i != train_set.target[0]:& J  O- j* K, o4 G" y, F+ z
                    target_all_same = False
    ) h# F( q! a2 k; B                break7 G/ P  g' m1 k  i8 C/ Y2 o

    & {2 z5 r/ x: m( K) |) N        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$ I/ X/ ^$ S, ]3 ~3 D
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)% O) D/ F- O# B4 W
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点3 g5 w2 A1 ]3 W$ C1 v
                    self.tree = node
    ) q. m( }7 [9 {5 ]4 v- ^3 G5 J' D0 K9 W+ f, l4 P+ s
                # 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+ D( M. i+ Z. _
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)6 d& [6 d: q% L- H0 l. X) T7 D7 I
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"  F8 Z7 z- ?+ u% }" F
    # K6 ]/ B* u# F/ c' n+ ~+ y
                return node) M7 W# e8 V; G& g& P
            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/ r: l% x/ G( z8 x6 }, W$ v, G
                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
    & a4 L! e1 S: A; M            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    ( x7 |& E( k3 U" |  S, C  x5 I                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]" _+ |6 R# S% ?/ |
                    self.tree = node
    ! V6 D$ S3 q* E
    * U1 W" o9 F+ A8 P5 }8 _# u0 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( F( {7 @7 z, U! Z1 G2 S
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    * Q! K1 W+ Q( V- D2 r% [  s            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n") a6 ?+ f( T, M- U0 _) L
    0 [. L. o  W9 j! A0 d$ t
                return node
    $ B' \/ r: j9 j: O9 T9 |1 x: M        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    ! J! ]6 `2 }8 f4 U, `2 Q  x            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值1 j- e# N# G9 j
                best_feature_index = -1' p# u' _( ^) _- j: T4 U, ^4 r
                for i in range(len(train_set.feature_names)):+ ?3 m  u! Z0 t7 h; @8 C
                    if train_set.feature_names == best_feature:( i: H1 Q: Y% ?! o
                        best_feature_index = i8 H+ R1 [- o1 \$ d3 b
                        break
    9 u) g( k/ u. P; N: x/ f) }: z2 |% L
    % t# E8 X0 M) ]( u# X  N            node = dt_node(best_feature)
    0 z- X& ]. q& z  \" h: k            node.vote_most = vote_most(train_set)/ K! j2 @2 y% f, ~+ N
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点+ }8 n6 q0 F: p6 \- C  S  ]
                    self.tree = node( p* P3 `7 J! J5 V
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    # K& W: X  Q  @                for i in range(len(train_set.target)):
    * @2 I9 u" M8 F5 D8 F                    if train_set.target not in self.color_dir:
    - `/ F3 L/ E$ r+ f( W                        global color_i' T) o) D) a2 p8 Y* W+ {
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    % ?) A$ `( _8 C2 R1 P* }8 {                        color_i += 1
    6 G$ O% C3 J4 i- X8 |7 Q2 T                        color_i %= len(color_set)% \8 Z4 |) P2 w# L! S! `, q

    3 X3 F5 b" ?5 |$ S- v            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    " r2 K* y& W' |8 Q3 q' i4 v! h            for t in train_set.data:
    & F! _( x. m4 A! d! x3 X  I                if t[best_feature_index] not in feature_range:2 [7 }/ r+ J2 N6 Z1 A
                        feature_range.append(t[best_feature_index]), `% t4 s  _& r1 c
    ' t0 q7 X, n* m- I) `: K
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    / y: {+ [! Z+ j4 [4 l+ Y            node_content = "属性:" + node.feature_name1 p2 K: Y- z9 O6 W
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"1 {" h. e' s* k
    4 q2 }) }3 s  C' f
                for feature_value in feature_range:1 P1 P. f% J/ B
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集& L  z) v$ g/ Z# u# j/ O% Q1 N
                    node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点, `$ W+ Q7 ~! x+ D+ r0 W
                    if node.child[feature_value] == None:
    6 ^0 ?& q" b) `6 O( W$ w+ i                    # 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
    6 ^5 u% X, l3 c. n- L' l                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)8 B/ s& [$ z5 R. D
                    node.child[feature_value].parent = node1 @1 p5 c: `$ g5 \
    9 G8 N% m- b/ i
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线9 t. ^; P7 T; L/ M
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    % e' d0 u+ f( f+ n
    & M8 C9 ~6 ?2 ~1 U- m            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)9 a: I. o; N% V
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    ( D9 n) y  e% y2 U            # for feature_value in feature_range:/ n% k3 l# p5 o8 h- F; C. x
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    . A$ F% Q' T$ V" W3 E            return node5 ?) W( O( i( `3 T/ I

    3 L+ w* k/ s! w; Q; d. E    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    9 h3 `% P/ K% p2 R! y7 W) p' Q    def predict(self, test_set):$ m. P( K9 M' }
            test_result = []) \8 Y7 C) O+ f# @% Q! I. a, C  h
            for test in test_set.data:! |- E1 B$ h' z  s8 q( M
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    8 \! w6 A  U: L5 U            while node.target_value == None:
    9 z. ~5 N6 i% c: A7 {% K- A                feature_name_index = -14 D3 v1 M3 T" b  L) Q- Y, O
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):8 j% Y' q" }  C
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:5 y7 A) q  \6 Y2 y8 o( u
                            feature_name_index = i/ \+ Q5 x9 Y% n  a- }5 @7 L* U
                            break4 m0 i, t3 q. N+ ?' [3 `
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():( p6 L+ N, p5 T: v7 |4 b
                        break4 K' a, ?- m: X  p, b0 H2 I
                    else:- K$ c: L6 _  F  p& @
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    9 ]4 C- E/ |& J. P7 e- h4 H, q3 t
    ' p9 `9 c$ a) n1 |6 J2 N. S            if node.target_value == None:
    - {3 n' ^2 h( c  L' J& T! h' n& g' W                test_result.append(node.vote_most)
    0 k$ ^/ _) m: X* z            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
    & O: g. Q3 N" Q9 t1 s" `& Z0 d- G; m9 a                test_result.append(node.target_value), \4 }3 d  v- t3 p% S5 r% X) `

    1 Q4 P) y+ R& p        return test_result
    , S7 i0 l" Z! C& W8 n
    8 q+ Z0 s5 h  i7 M. D1 u4 n6 S    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置  N4 T$ E  v  c3 j' x* ?
        def show_tree(self, path="demo.png"):& |% F" k4 [$ O
            map = self.map_str + "}"* p" T! G+ l. D" s* r* ?
            print(map)
    % f' }$ T8 @& g* H+ d, e        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)% W$ W" }2 N  |3 f8 O
            graph.write_png(path)% H* E# O$ m& l
    . ?  a' `) A* l7 u/ C9 Y; P
    # 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! l6 J: c$ ]. J7 |7 q( ^- \
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    5 I" r3 \  [9 @7 \& `, T- Z8 j    c = dataset
    ' a% @8 j) p3 H1 I* h$ n" J    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    / U3 L$ R3 ~5 u5 W: E9 d. E    rates = []/ `7 {- E3 H8 s4 A! [# _0 _
        for train_num in r:* V: g. I5 a+ V: [$ R2 _0 {; r
            print(train_num)$ S9 g! H" l4 ^2 g8 c0 D
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    # \# `# y" D8 F5 K0 t        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    * s" o7 l- K1 [0 f0 K        dt = dt_tree()
    4 E& _" i' b9 N2 _  f( c* \        dt.fit(train_set)
    & c& i3 F& y! R( Y2 W1 Y( F        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    . x, ]1 `$ z' G4 e- V) c. J! z# k1 V9 d1 ~! U- `* V. c
        print(rates)& V: H; X/ P4 ^* q6 m# D
        plt.plot(r, rates)
    3 u- v4 G( f. d3 c. Y    plt.ylabel(label)
    ; T' t. {1 B: S4 m    plt.show()0 q8 Y& N. O  y
    ; S% ^2 L0 o: ]) v
    if __name__ == '__main__':2 {* U, r7 q* D" O2 L
      l1 `" X$ w8 \9 l- i4 H( \( g
        c = load_car()  # 载入汽车数据集
    ! `! B6 l: m( F, k/ V" \    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集) |- J/ T6 q6 o8 F
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    8 a2 S5 p5 N8 y3 P5 f: z0 v    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])4 ~" [6 {( E  o
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])$ I* p5 Z# Q9 u; ?( u

    2 x# o7 O) r- x* Q: [+ H: d* e    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型+ C: Q1 h- W7 h2 v8 p0 a4 @2 P
        dt.fit(train_set)  # 训练
    + J) B2 Z8 A$ r' T    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片4 [% p1 ?" K7 L/ I" R7 r% r
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    7 Y3 h3 k, Y3 F$ K, g2 O' h
    1 t7 g" u: z$ X3 L( q    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")1 O# E0 {' V$ |9 U7 _* L9 u' b: ?
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
    ; r( z, B7 m6 C7 l- r- B# f- y. J$ Y% \" Q3 M) _
    * k) |: O$ Z$ C5 N$ ~2 k
    4 w. \/ x7 `, w4 |9 ]: O
    1
    . ]: }2 z+ M0 O( H; |9 T2
    ( o1 k1 r; B8 ?+ T- X3
    1 D6 @% K$ k% b8 f4
    3 \6 k% r6 [- N7 E3 T1 l5  K3 O% U5 G3 a7 R) ?' i# K
    6
    9 R9 v7 y+ l1 X5 ^70 y" k* h2 F, K! F- b
    8
    " w" F/ ?$ O1 X' e2 h93 s2 a8 ~% W  M
    102 }2 N( W5 k3 C5 D
    11
    ' ~8 D" `; \2 ^# Z, h12
    " Q" G) A. D" ]13
    7 q) B7 W( N, v( X8 j" C5 p143 x& s  ?' [# l( H" s
    15$ r9 ?  [' F+ S, p: R5 E: F8 C& n
    16
    4 a8 t) q! l( T6 r7 Z17
    $ L! S+ p3 e7 J- B8 l% V184 V( }" a, O6 m9 G: N' {; o6 r- \
    190 ?" a) E. ]! w0 {; m5 U
    20
      }$ n. w3 ?# x( f21- {& ~( B7 g! V
    22
    , u. i* _9 B& A1 ^23
    % O3 R: o4 m# K. W  ?24+ l) H3 M  X4 g- @( j" b
    25
    ! ^7 d: P/ f1 _! c  j4 V260 I% `9 ~  O  X2 B% z% }
    271 q% D; E, G1 }2 H
    28
    4 x6 m% i4 j! C, @, ~" J5 g1 D294 K9 S5 D3 }; F" `+ }
    30* [" X/ C; R8 ^4 V/ t! J, B
    310 K' z, B  S; V2 K, o# Y! E3 n
    32
    ( a; K) ?7 J# ]- z/ J3 B33& n9 D. h0 e* T/ n9 O
    34
    6 |. p2 e6 g: l7 \( V  |$ D$ X35
    9 N5 M: a1 l$ ?1 e: n36) e1 K# `, J4 Y5 P1 ~3 E
    37; F% s1 @& k# P! B# }
    38: W/ B# `0 g# @( z
    39
    * v( A7 R& M/ @& {9 A40
    : X7 H. c* w* k3 q: ?41, i2 P8 ?4 t5 U6 Q1 ]5 M, ]; c* X
    42$ p" K: o* c& [3 o# l. ^0 ~
    439 u: L# q$ V* K  a+ R# e2 [% ~
    44
    1 D7 Y  @3 p( n" E459 ]3 r% [0 q/ Q" e. b7 o3 M! H- W3 ~
    466 v# z/ l. X. h- `' S' x
    47  l9 Z( R% m9 G# v$ j; V, U3 O
    48( k: s( }8 u$ Q9 K. k$ O  T
    49! {1 @0 u+ `7 q: H6 l
    50
    5 S3 R% I/ T) B2 ^% q' {- d, ]51# a4 C( P. }% ~. F  m
    52
    ' ]* \! k2 S% }53
    9 _' m; U& W$ p% j( k54, e. O' C2 g# s+ D5 V% j0 m0 \
    558 t1 ]; ?& H' Z$ G& f- g
    56
    3 H; R% L% u  M* F2 r57
    3 e2 L- n5 C: C5 t58
    1 a$ m3 U. N1 B590 Q9 x3 `0 Z( M" A+ c/ i& M
    60) t9 _! Z& H+ }7 a& A
    61
    , Z/ L2 S1 W  z% s: M0 F1 |8 F' k62
    8 `. u. r6 X( |5 t4 G- z) Z& O' ?63
    ( E; U# q& n& `$ G7 N# `645 z: y' m( M% e& o6 z& H; m
    65
    # z$ W1 Z( Q4 G; F% \66" O& ^7 u1 R! L8 Y  r# j, z# [
    67# r3 [  \9 X. i/ h
    68
    9 n% G* G4 z2 O6 T9 L69& h4 Q1 O( N4 {$ T. c( {8 ?& M) d
    70
    ! l( n" t* V5 P71
    8 o7 F2 s  j# V9 X6 ?' Q6 a72
    - Y/ a& D5 p$ }; r+ ]$ Z733 J2 l  k- Z5 l3 D
    74! E2 J1 f: h) k! D
    75
    ! E4 p( H, b% e) H+ e76
    0 W3 O" b$ M! |) P, |77% {9 H5 N( Z* j8 Q  `
    78
    - w1 L  t' S$ k8 I+ c# D79
    ' Q" ~: e3 S/ m3 X( m) n80) O6 D" z/ L: {' z* _( V
    81
    % t' u  O; E. p* ?, q82
    6 i- s. S* V& i) S/ ]  Y83
    6 b. O+ G) c. m2 D841 O; Q, \/ U7 H! O/ b- \! A. a
    854 P/ R2 |) V& T
    86
    - E0 t8 `$ |& F" U87
    # t5 ?% n/ Z0 n1 N88
    - E) B- ^8 u# R- A" r+ X; Q( G/ D3 @89. ?& |5 r( d8 x" i7 X
    90
    ' d! W  f: w/ E( R" L91
    6 H' P. K: U# i923 `6 Z7 F3 [. \! Z! D' H
    93
    " U1 q0 S- ~/ |6 z! Q, n8 {0 ]942 V3 K6 G7 R. A; j9 m
    95
    . ^5 N$ C/ ^. ~/ y& p+ M0 K96* ~  o& L& K+ C% D; |. z8 Y- o7 U/ m
    97
    2 P2 J2 O3 S+ y98) t9 a8 ~0 D" C, l4 H+ Y' J
    99
    ' u7 o" `: C+ g# B: z3 p6 |" F1009 ~! l) ^0 ^$ c; @  L
    101& h9 v+ P+ [  L$ F! T
    102
    ' Y6 O. q* ?, O& O* \% B9 A/ q1038 B: A* }4 v/ K4 n
    1042 \' b9 Q; w7 W' i
    105( }7 P- r1 Y' g. `- H0 Y
    1063 I$ k5 e( l( K( j3 ?9 y! D1 `
    107+ [: j7 @# [  y2 z3 }, F, {
    1089 r0 W2 J* D% r" i) u
    109
    6 U: T- v; R( `110
    ! q# F& w: L; h1 o5 {+ J3 S111
    ' k$ a* `5 G& h1 g5 f$ V112) u; f1 L+ X% Y+ N5 O
    113
    $ X0 ~/ B6 N0 B$ J3 x114
    ' ^" j$ b* I% k' u115& H! e, \* C3 m) h4 y
    116+ E$ y" f+ x4 i- \
    117- u; z1 z. u* y7 a+ ]) K% T
    118
    9 c9 m* Y  H% h6 V119
    $ j; H5 m& G  d1 ^3 u120, _4 H- |* R' V* K; o
    121
    7 S7 I( a& O8 e9 ?$ l2 [) p122; Q: a* _  n5 Y+ K$ R
    123
    . |, Y1 U4 J, y124
    $ O) c5 M! i/ Z" i9 h& F- e4 r0 K6 D125
      P4 t' _( ~/ G" d/ Z7 e0 I7 e$ V126
    / \+ {2 }' |1 D2 {127
    5 A" e2 \/ G* F2 T( C128
    & f. H, X- F8 x1 E129: b# A; n3 Y. C, y/ A1 o8 [
    130' C3 t7 F$ O2 E# K
    131: H# K" f# [  B! H% X" [9 E8 [
    132
    7 T% H* G7 ]- s1 c6 e. z133
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