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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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    2021-8-11 17:59
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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

    群组2018美赛护航培训课程

    群组2019年 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

    群组2018年大象老师国赛优

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    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
    , 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
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