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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
/ K% m( R8 Z% \1 U- Q8 \+ N5 {' W& O" Z/ J0 }9 _1 a
决策树模型
g v% ?1 ?9 p! j/ d# w0 b( a# O目录9 q6 L3 \" k' B% b6 s% Q0 [
人工智能第五次实验报告 1
5 z% P$ }: @ O1 ^. y决策树模型 1+ c2 f) }! s+ g" F9 d& n, w+ G
一 、问题背景 18 [2 N1 ^8 ?5 `: E! W. h& v
1.1 监督学习简介 1
# E/ O: \$ O. `, ?1 B) j1.2 决策树简介 1
& Q6 H. A7 m' l6 } T( K二 、程序说明 3# D, [6 g& Z3 T4 x3 t% P
2.1 数据载入 3 |4 L3 {3 H3 L; { P' a
2.2 功能函数 35 e* ?( I: V* p3 N8 E
2.3 决策树模型 4
* t. |4 k. H9 V$ f/ ~三 、程序测试 5
) u e$ s. ^- k, k7 d3.1 数据集说明 53 y3 t7 \, ^1 Y& t1 n/ W
3.2 决策树生成和测试 6
, K4 r; g" J, q5 E" B1 R3.3 学习曲线评估算法精度 7
- h3 `) q$ a6 f& f四 、实验总结 8. k; i/ e2 J8 u! y
附 录 - 程序代码 8& c( ?6 Z# i9 N( K- r
一 、问题背景6 o7 ^$ P5 H. q( X
1.1监督学习简介
& B0 f: s6 q# K! `. \: H1 P! W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。3 K& S0 k2 u5 c
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。8 v, Q5 u8 y6 U
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。
; H Y8 i# i% f! E1.2决策树简介; ]7 d2 K+ Z- N$ R
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。
+ ~" T1 C* Q2 ]决策树的组成3 H, x/ O: M( A" `) k8 |4 H/ h }+ v7 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。
" i" w# z! A* |8 L0 D; Z1 b% p s. P+ Q% {: V# D
import numpy as np0 r: h( s& W* H- ` j; T
from matplotlib import pyplot as plt* \+ d3 }4 T3 K, n& x- m$ e$ _ k
from math import log0 e: ^3 @- y9 c6 O
import pandas as pd- q: r) j- p8 z9 E4 T7 U* M( D
import pydotplus as pdp' P2 O, D! @1 J+ P
9 K- ~9 B1 [+ U$ i" G) i: C# e"""
- L" b3 i$ e6 M3 |) ~1 x# B O19335286 郑有为
3 w7 w8 [% M; N8 M. |: h1 i6 C人工智能作业 - 实现ID3决策树: s9 K4 i4 W8 q
"""( Z* j8 O( R) L" ~- e5 P
O5 `5 t5 ^! anonce = 0 # 用来给节点一个全局ID
: f# Y% B3 e5 K8 ^& Dcolor_i = 09 V# i/ p% D) A! O# J1 K
# 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
: c6 K. F) W/ [! u% Zcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
' a/ H. k" N" W9 c) ~
+ ]/ ]9 y! d7 \$ \+ b9 a3 N# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买3 K' V Z- [% c. [& `
class load_car:; ^! u# J6 {2 \3 T& \
# 在表格中,最后一列是分类结果
6 E- a# R. {1 n9 o# | # feature_names: 属性名列表
0 v& [: E9 J; {( A( _ # target_names: 标签(分类)名( [ L" K5 L1 {/ j; 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; f/ b5 x- \" }# \% H9 p% H- N
# target: 目标分类值列表
" O% {! p! ]! d7 l. P$ } def __init__(self):3 s, c( w4 `$ q A0 d. s' S
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv') Q x7 M7 `3 {- O0 H
labels = df.columns.values. A$ n" }2 T) v
data_array = np.array(df[1:])
0 I$ W" Z" ~ l0 o self.feature_names = labels[0:-1]# |9 X" a( O( I U5 Y% ?( D Z) s
self.target_names = labels[-1]
/ J/ e, v# |8 h6 Z self.data = data_array[0:,0:-1]
; F5 _* U- I9 Z1 J) F# N' d self.target = data_array[0:,-1]% }1 W' F9 z% k4 s
+ S5 p0 ^( ^- M1 O& K+ s' @- ?# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒, r$ K6 ?8 r; \. w# w" w9 ?
class load_mushroom:
3 U2 r$ Y+ _4 G% p% e d # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
0 {: p$ b9 I3 ^' {. t) M. r% h # feature_names: 属性名列表
6 m# k7 g* o9 Z # target_names: 标签(分类)名
4 H9 U1 W/ J( s9 i0 t5 v4 K # 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
' w ~# C* b0 V0 }1 V # target: 目标分类值列表
! O$ J' I! P3 I. \4 N9 ]" }0 p( Y def __init__(self):4 _/ N9 b" b# e" I% t- z) s
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')2 r3 b5 Y' [! o, |$ t) f
data_array = np.array(df)
0 c+ P u/ c" h! y$ f labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
' z1 n' `2 F1 e7 ?/ I "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
q4 g- e9 i- e1 f; Q" O, H8 J "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring", X% s8 W2 \% C; k1 T- N+ F9 A
"veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]2 l9 G6 u: f8 V
self.feature_names = labels[1:]
( I! Y2 Z. m, y3 V# k. O( d5 ^ self.target_names = labels[0]
4 K# N1 _1 a' J) B6 @$ [5 Z self.data = data_array[0:,1:]" ~# V+ x4 I+ }! ^% h
self.target = data_array[0:,0]6 |' O+ p1 t1 W' m+ r+ G
, e, M2 v* P4 D- [9 I
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用& K0 y. w4 v0 ^+ ]$ \, B. O% c
class new_dataset: N; d# B1 E8 \! n- R
# feature_names: 属性名列表5 d2 N% ?& p1 x# }8 h6 O6 z0 s9 |
# target_names: 标签(分类)名
4 ]4 n3 {- r! d # 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
5 X" N0 @) s* E # target: 目标分类值列表* e' H- I% ^+ l; t) l
def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
1 _# @* V" e1 n9 x& e+ e self.feature_names = f_n* W+ ]1 s, @* D6 |2 w2 B8 d! d
self.target_names = t_n
( t) ]! K$ A# _6 Z5 B1 A0 y self.data = d+ b4 \( k; [. D
self.target = t8 b+ B- c! Z+ [# W
, ]9 W0 x. S- |$ z' ^/ H n
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$% @! ?4 M2 p+ v/ F+ C
# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率0 _8 H7 ]' c I/ O. ^
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵& L+ E: y' ^1 \+ K; D" ^8 n7 H% Z
def get_h(target):" n! L& T* u4 y. {8 }( u# X$ G
target_count = {}) T7 k5 w: A, T$ L
for i in range(len(target)):
, J8 U/ x" D. I8 `. q1 A7 g, \- R2 e label = target* i; H. [: j1 B( C
if label not in target_count.keys():
! L7 M3 A0 J" Y target_count[label] = 1.0
4 b" O. Y$ }. z else:. Y) d% s9 ^ |; E" G
target_count[label] += 1.02 W* a1 L! e3 |" I) q2 n
h = 0.0
) v. I5 X6 W* S& s Y for k in target_count:
9 o r+ r/ t3 N( m p = target_count[k] / len(target)/ y/ {5 W: N7 Q9 o8 c' H
h -= p * log(p, 2)& t: `1 H+ x0 R, p
return h2 o( ]) Z' A5 c: j0 U
' f% W2 H' A; K# 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
6 U. j+ l( _" D" g+ c e: q* a# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列) S# p2 M% c: E" X
def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
6 b, v4 [5 g8 ~8 a sub_data = []
! C7 G% w; I) c7 P sub_target = []
8 u Y8 x, P3 C3 K f_index = -1* g8 b h) \: `0 m0 l; y
for i in range(len(dataset.feature_names)):
3 T+ O9 v/ v5 ?5 A if dataset.feature_names == feature_name:
8 |* A6 b0 |& n! Z$ ? f_index = i0 S; Z0 I1 ]/ _- Z
break4 v) j8 }& H- s3 F5 v
1 X4 ~: \& }" m( Q: q! O
for i in range(len(dataset.data)):8 x( v$ I5 ]" a3 E" D, K% W
if dataset.data[f_index] == feature_value:
z+ g- J" n% W8 ^& _ l = list(dataset.data[:f_index])1 T* M/ i4 c/ Z# N; e8 P$ w
l.extend(dataset.data[f_index+1:])8 p- y) z% u& A, }
sub_data.append(l)
7 J" [$ K$ ~9 ]8 `, W# g3 p7 x# W sub_target.append(dataset.target)1 E6 J: H$ |% Y# M5 e0 h; v
( d6 N- l; \8 Y$ b& Q sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
7 J- b3 ?/ y8 D sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
0 Y$ Q. h P' J& l4 r1 F return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
( G8 c7 l: k2 a3 i# K3 j, G- T# I$ k3 v7 s
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分$ I5 o$ Q# b* E5 l: V9 x5 H# o
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减/ H& i( X/ n, u
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
& ^1 g0 m3 d7 b# w4 a% R8 \ Fdef best_spilt(dataset):9 k! X9 s8 v/ G0 _5 w
4 t# h1 y5 F# k2 V
base_h = get_h(dataset.target)
: l1 u/ ]' v+ m" ] best_gain = 0.0% {, [3 d f0 f$ P# B( P5 h
best_feature = None5 W4 U; O; W" _- h6 I4 L
for i in range(len(dataset.feature_names)):( u5 i9 v/ i) Q* J/ [1 s3 @
feature_range = []/ A1 E" Z( ^+ U# @) _' _5 ^6 c
for j in range(len(dataset.data)):
2 r9 B5 E& K9 ]7 h& p+ G if dataset.data[j] not in feature_range:7 u- U( p7 E8 Z
feature_range.append(dataset.data[j])
4 Z" {( J5 A0 I+ m
) Z( G; u0 y' h: V7 \ spilt_h = 0.05 l2 |2 D/ A! T: m
for feature_value in feature_range:, y- U5 u5 k) W
subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)& k6 ]* J+ B. \- F
spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)# N1 a/ m. o" X5 [4 C
* z+ D5 Y; U6 b1 z7 ~4 S
if best_gain <= base_h - spilt_h:
# W1 t" r& t# d/ [% n2 Q best_gain = base_h - spilt_h, G H' p) x9 Z9 I) ~' N) q3 U/ M
best_feature = dataset.feature_names. y, r) k8 J8 m: @
. p9 d% {) w* H1 \, O- k return best_feature
/ C; z: ?/ v( _, S7 m4 M$ l' a5 c7 M- w3 B6 t/ q
# 返回数据集中一个数据最可能的标签* V2 R9 _* D$ p$ T0 @) _% K
def vote_most(dataset):' v6 |: ~# N1 R: s+ m
target_range = {}: P7 B1 V# t9 E7 p
best_target = None
/ R8 ], H1 g2 B' H best_vote = 0
0 e; [0 y1 \$ g+ |
: y4 } Y7 p& r1 ^4 b Z for t in dataset.target:2 w. F u6 |& i" {% z$ U# F
if t not in target_range.keys():
, W# h$ \8 v% ^! L8 g target_range[t] = 16 y6 A. L7 c3 K/ }
else:
) j5 E) P2 Z9 q4 } target_range[t] += 10 H! g8 G9 Z0 t# w; R4 h: I' r" A
* ?% f5 j0 v) R3 E
for t in target_range.keys():6 \9 t' g9 @/ [6 A* Y d
if target_range[t] > best_vote:( ^4 ~* P1 I; d
best_vote = target_range[t]# q, @% D) r. E8 a% Q, T$ o# ~* E
best_target = t9 K; Z; @/ g' w
8 b7 ` H# F( X: Y$ J
return best_target
" o$ h7 r& [, `4 R1 f5 o4 Q
: k) [! R1 I: T# 返回测试的正确率
9 _7 q. s4 Y4 _# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表& v5 B) H3 ?8 g8 b( r; f" c
def accuracy_rate(predict_result, target_result):' y! O: q' J8 e' j }# z! f
# print("Predict Result: ", predict_result)
. U# M: ^5 a% G s4 J) R4 ?8 k4 B7 C # print("Target Result: ", target_result)
# G% t, e6 ^# f3 w8 ?6 `) g2 U' P accuracy_score = 0* t+ b& B2 t- n e ]4 O# Z( m( A
for i in range(len(predict_result)):+ I0 N1 j; s/ R
if predict_result == target_result:0 W" P) ~. A4 Y2 m
accuracy_score += 1
]% x! o" Y! s s8 ]9 S& j( n6 Y5 { return accuracy_score / len(predict_result); f, u3 ~# A$ u5 {* I
' e% A6 S& R( ~; D) I! r# B# 决策树的节点结构
' N2 I( u# d% f/ ?. vclass dt_node:
' v( o- ^! L. G4 S" f6 i6 v$ k. T4 S7 s$ t2 R& y; A8 V: e
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
* R" W) h0 G) b6 ~% C. J global nonce* p% u( V5 G% F" X
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
D$ T* S8 w( I, ?, L' _8 g5 s) M" b( @ nonce += 16 j J; P5 _( v
self.feature_name = None# E& {. c$ g% V" w& J$ T3 f
self.target_value = None
! R( E) v- l5 P+ N self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签6 v* W3 ?5 R: i9 G8 h, c
if not is_leaf:2 K& o" h% B3 x9 \/ b. A
self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
7 f7 T0 H) \2 _+ v/ E/ }) K else:
5 L, U: J. r6 g+ Q; a* P" q/ A self.target_value = content # 叶子节点的标签0 r! K3 b. p& x6 z
& Q4 {& }* w9 I6 A self.parent = parent
; N7 Z3 e6 }, i- H' K self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值: Y7 X3 @% K0 C, `' Z6 d
' E- n/ m4 h, q$ _# 决策树模型9 U/ @0 O( R# ^8 d6 u# U' z
class dt_tree:- x- Y# ]4 r/ X; Q Z* h- W
8 k+ x! i* t* T& _0 I1 d
def __init__(self):$ e) y) f+ ?. z$ l# R
self.tree = None # 决策树的根节点# v0 Y; Q7 y! m) s
self.map_str = """+ Y2 v7 y# u; P& T
digraph demo{
- }0 N- s" s |2 d node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
" A5 _' @2 `# L1 S9 V) z: ] edge [fontname="Microsoft YaHei"];* |8 E# i& V- h
""" # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
2 Z3 }$ b/ q6 ^ [& t V) G. H self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
" ^% \* c1 y5 ~# x* p
6 c4 W- h( g: I/ J8 ]$ O$ [ # 训练模型, train_set: 训练集
; w) o" z1 X& l& C2 L* ? def fit(self, train_set):
2 _" {2 Y q0 D* R7 g% `! l0 r; J3 w$ Z& e6 k
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
2 C( V* Q( {! x+ ~' j return None8 r6 ]) S0 ~* J+ f3 r4 n
' R( b/ u: N0 A! I target_all_same = True
+ z5 \* @, Y# V+ x! l. Q) ?; u1 E for i in train_set.target:- s' ^" p8 L! T' Z5 V. O
if i != train_set.target[0]:
$ a) x+ b! y$ P, M target_all_same = False" o$ u9 i* k* R4 G. d5 q& m
break: ? N O$ k' w, ]' q, Z
! v) a9 T: L* 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( \4 A" c; G% y; m& N; x
node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)- ^6 w% c# e4 Z. ^/ c* c- _
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
6 l: r2 x& z: P; i self.tree = node
' v6 s0 C# `3 y+ y: W2 A& ^
# I: a: \: ?( ` # 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% t+ G# b& a/ {; H) m/ c" Q
node_content = "标签:" + str(node.target_value)# j$ u9 {# m1 @5 E
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
6 ^. r2 ^+ r+ y5 \. ]0 J4 z: E1 c" j: E3 h6 o1 ~; x
return node8 J8 x5 `# l4 | X9 e. g* T1 @8 R
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. i' _6 O2 Z, I- v) u6 m# c
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
8 Q. x+ |6 ^! a( b0 W if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点- a/ I! `/ |" T+ [
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
* G' n" a) v$ e) F+ e self.tree = node
: k% D. p" N4 u% O1 y; h& Q! a
# 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( j; B( [: V/ X @
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
7 w6 @- h- l2 e" y6 t& x0 g self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n", }: v& A0 ~, D' k& r
3 ?7 y7 O J+ k
return node& H+ e& q w: ^3 B: g' P
else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
2 e3 D" E" `* u t2 P- e6 B H; g best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值2 a1 V9 H4 P& U9 K0 O; N2 s
best_feature_index = -1, K* _! _. f. k
for i in range(len(train_set.feature_names)):
( |1 x! K6 [2 _( D9 g. \9 S if train_set.feature_names == best_feature:9 B+ e# ^. \1 d# W" J# ? E
best_feature_index = i" {( s+ @, A+ z R. g4 C6 m
break T8 ^9 {/ N' k i! A
+ | K7 \4 [3 X) M/ x node = dt_node(best_feature)4 p6 [9 r9 S) d, u$ M' ]
node.vote_most = vote_most(train_set)
9 F- z& H$ z( o' _" g if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
, S) b7 [2 l. I3 {( |2 @ self.tree = node
; O5 M' x8 \3 Y# p+ S/ \ # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
/ M! I% m5 h% H8 ?+ x( F* n+ H6 h for i in range(len(train_set.target)):
" \7 v" i. e# ?9 ~# L if train_set.target not in self.color_dir:9 I3 j: a$ T8 |* G) t
global color_i) d0 K# J; K- _. {
self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]. G" v1 I. L) d5 ~1 f6 y
color_i += 1
. {- N5 l- r# T0 {" K: k0 K$ C color_i %= len(color_set)
% t O5 K5 G+ I; r/ v
6 _, i4 h5 Q# @ F) z& i feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
! z8 E: }4 `: _8 ?' U+ D for t in train_set.data:3 u$ T; g1 l+ [ `' _2 F. C! |
if t[best_feature_index] not in feature_range:! Z* V u! u3 G& ^- p
feature_range.append(t[best_feature_index])7 K% Z/ f" ~ ]5 S$ J5 g" v
/ s! [3 i% D' z' W0 R
# 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
$ V0 G$ L! R* n1 h$ Y. C# L! N node_content = "属性:" + node.feature_name4 ?0 F$ E! B! ]% ^' c/ t) s! F
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"* f; b1 \' [' Z( i: s; |
+ C" B5 |8 l+ ]' Q# V for feature_value in feature_range:
}# h& v' Q* ~6 ` subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集
% j3 m9 F4 R& G' @1 N node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点
- M" K, i, H3 R" N if node.child[feature_value] == None:) w3 Y+ _( F& |, r! V# q1 D( q3 t: U
# 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
8 d6 Z7 r. q( V. | r node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)5 J. E' N2 z K% m: t
node.child[feature_value].parent = node
# n4 l [* D" {! H0 U
- |9 t! {- r1 r& ~$ k0 r # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
P# l1 E* s( K/ t- \2 H! C self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
) T6 |3 _) p3 }! S3 X8 `7 I8 ?, X' [1 N C9 p3 t4 k0 u8 K
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)6 c2 n3 Q9 l' x u- z U& l4 I
# print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
f1 W# Q- s$ I2 m0 M. n5 ?) E" l( d # for feature_value in feature_range:3 U4 b+ K$ ^/ L) f" o
# print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)( k# }# b2 o1 O$ T+ z2 R
return node
& ^+ D* i4 u' f* w6 a/ T7 v" O9 T3 n% I# P# P3 M1 H
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
( ?5 b7 W6 r( j1 q" S1 e def predict(self, test_set):
8 F( I: n# F- I test_result = []: T n& n4 P* f! ~
for test in test_set.data:( A4 I* I! j0 W* ]! f1 C+ M
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
( {" b+ A* j+ s$ u, i while node.target_value == None:( R7 _- x1 ~1 V0 L1 Y3 c7 {
feature_name_index = -1
! s; i, j% T8 j# \- | for i in range(len(test_set.feature_names)):0 L L. T3 T$ r. g8 N# q; n9 e
if test_set.feature_names == node.feature_name:& L$ g; k7 V8 K+ I; |) [. q& o% s
feature_name_index = i! b4 E) [+ `/ E. d+ v
break
$ C* ~/ r3 w w( o5 ~) o8 H( X if test[feature_name_index] not in node.child.keys():/ C: I/ j% z3 m( X
break
5 }4 @* d* U) R9 n else: ^+ u! U7 W5 ]8 k6 d
node = node.child[test[feature_name_index]]
& x: d/ v; _1 S2 T/ |3 l
. J" s3 J- |8 E: J9 d" Z' {; M if node.target_value == None:
) {4 A% v# F2 z9 a) o, \& O- u test_result.append(node.vote_most) R, K9 K5 W- Y2 f
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/ g; b( x& P+ g. |6 w
test_result.append(node.target_value)
( d# i/ L/ t* H4 z0 o4 Z! _" A* h+ }" T% r
return test_result4 G& R( m, M4 {, D9 H! x* M
% ^$ E- B( T A* } # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
5 s; n: M/ I7 _; Q- ? def show_tree(self, path="demo.png"):
5 d: ^- @3 u" L7 p map = self.map_str + "}"
( p0 Y: d2 A- t; g print(map)
4 m; p5 ~4 S. `, ~1 Y$ \3 { graph = pdp.graph_from_dot_data(map)' E2 V: M, P( c7 i
graph.write_png(path)% y/ W7 C3 J& r$ u3 O5 z( B
- X8 L7 ~9 P E) Y {, F# 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
) Y; C2 }/ l+ N9 p! J4 y: Ydef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):8 J1 k& y; t& I; w
c = dataset
- O p9 v ]$ q' K5 Q* g, n r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
. T. {/ U, R: }: M/ K& q. w/ a rates = []
3 {! c& T# U e: `/ c x* D3 c# U) B for train_num in r:1 t- J/ P a& O/ J, ]
print(train_num)
$ Q1 ~; t. G4 r* u5 `6 E# M$ V- M train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])* N1 x, l, s/ l' P9 M
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
; b, Y+ B! {* Z0 g dt = dt_tree()" |$ U) c: A* k: m
dt.fit(train_set)# P) ~, d4 e; j9 y/ A
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))), g4 w+ ^/ F7 j- t) H6 X" h& t
) H ~ n' }! D) N: [; F! T8 j
print(rates)! o# Z: c! x' \+ P3 [
plt.plot(r, rates)0 _2 X" O! Y0 W- I% ?
plt.ylabel(label)' `$ m0 E( b+ d* G: B! s0 C
plt.show()! d( E% M% e1 Z7 e. h/ Y
; Z2 s/ A& X% n# O
if __name__ == '__main__':8 B$ `) S9 L- ]/ j) v# n) f( F
, Q0 M. }6 E# Q. z3 e* ^& G% y
c = load_car() # 载入汽车数据集6 e+ r6 a' C, Y$ p7 m# A
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
( B4 F N) e, [ f( r# P$ w) \ train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)- l( p1 _5 z( [2 K, s
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
; M Z, |3 V. J. n# U test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
! D7 K# L/ h2 q0 L" u( m v% ] y) \3 j) ? Z$ i6 U* }7 V
dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
2 m- v4 @% ]% I* G6 R2 c( H1 q dt.fit(train_set) # 训练7 j5 |2 [3 l2 ^2 c8 O
dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片0 M8 O8 V0 S0 A' G6 Q# v% w
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
* V$ @) O+ y v. f/ e9 S
2 @7 I; } a- B' F1 N/ L6 W # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")- y; B3 k, _- o, ?0 N2 t8 q
# incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)7 _0 Z* U2 f/ b+ s8 t+ b
7 @+ ~* z3 [( Z6 F
( ?4 D( o( Z9 c' y
( |/ b. e6 \2 Y8 e7 j
1
; o* ?: T' h( B2
0 R) r! {! A" V+ Q; I! o5 ~# t3
! B6 p) j+ j8 m, T% j4
! J! H, x. ^4 }% f9 Z5 l" G/ X5
1 w0 _! j$ p# m, n, U6( C3 |2 `! a9 \) Y" E
7) h( ^7 b, `' M+ u
8
3 p. D' \" a0 |, W8 c& T9
. j5 m* q, Y6 P) z0 Y103 z7 z% W+ z# P( h
118 a9 E8 e+ I% m2 y2 z0 b) x) R
12( w6 }! j& q6 h# L/ f3 U
13# s+ ^% J, L) B- M- n6 `. o, ~
142 z3 F0 Z9 z- W. A
15# r: i) p; X6 h& i
16
# [$ ]5 p d }% p3 Y9 {5 j17
; v" c' k D6 @! J; E18# V( X2 |( I8 @7 e& _0 B; f
19
1 R! e5 [6 u- x! A6 R, ]20, C: L$ y1 q5 G. H
21* L: t3 \8 ]1 ?2 ^# u3 ?
22* a7 R0 N/ t \2 H9 l8 [# x
23
" q$ h4 Z; B, R5 H" s24# M! G0 f. {; ~+ N! G% C
257 }4 N. ~* X1 U* t
26
3 E: Z/ c. \$ e: I27! |/ ]) k$ ~6 C8 S/ e
282 @1 M9 ?5 v5 S0 _" [: }
29
- q: N8 X' A! T# r30
% Q/ K% Q4 M9 X7 f317 s/ {# `& o/ m: |% y8 [9 z
32* k* G) M+ @# n. g0 L
332 R5 ]6 K: y* o% Z; q
34! M8 A. [6 W3 j! C: F
352 @$ t" Y, ]# H1 `, R
36
9 v9 U4 T/ B; e5 A7 C# i3 i# p37
- x$ |2 j& Q( h- [5 s4 C. F# v38/ j2 f- I: l% l% M6 |
39
4 @) J8 N5 z/ x1 G9 f$ u" |5 P40
+ g+ Q# S3 |0 a- q. x. \41
+ w7 C( T0 e' a; y5 W, m4 a0 ^42% E* Y8 j2 a2 j( \ R/ R5 R
43
' \5 s3 Y- X9 k P447 x. f; ~/ m9 m; O8 c' p
45! f! \; h; u0 ^5 T/ m# M/ W7 t: ]
46' u. y1 K |! u z5 f' w
47$ z0 u5 l+ R! b- Z
48! V6 e6 V1 p! R( I$ J: v& F
49
1 G# {. }- \9 i504 ]5 |2 H. L- A4 p- R
51% R( Z: u$ y$ i. e
52$ P9 ~4 q {: ~1 ]( W2 R
535 N" h2 e: ]5 \9 ]
54
. P, Y2 g+ L/ W& B, l4 t; g55
6 } E; b* H9 C- S$ {; h% M569 S1 y B i/ E- E* U7 @
57
* K2 }3 w. H) Z- b& P0 T/ b58
* t1 i( _* h& e59* K/ ~4 m% @% o& G
60# g) _" V% V: F: X- o) F" B
61
- M" U/ Q N1 Q5 f62
$ O! D. c9 E* f/ ?1 A63
6 B4 r- \! N! ?7 U# f6 _645 [- \) c% S9 Q7 l6 W5 ~
65
* H" Y3 y5 D: z: Y; v/ s66
2 Q z6 d" W5 Z/ {7 W67
' U0 L! z( r% T; Z68' l& v4 m5 o( s. g7 U
698 N6 Q0 A' d4 r
70- L3 \' ]) l1 ]7 ?* t [% [1 [
71( g' g( U+ w# Z j
72
, n- b' u2 O% N! W2 a731 I9 O$ Y5 h' H' j
74
. T. V3 @2 B4 K6 J, o75+ @3 b$ W7 h, U6 w- F* q; D
760 N% K7 M; T) j
77
' ~$ U" C5 d* _# ?78
7 S% k) }/ a3 m3 r795 j3 b8 m0 t1 J; g j; J, ?. E% J/ Y& ?
80
. k* J9 b8 J$ j1 b81
" _# ]" R1 |* E/ Q9 ^82
" Z) S3 S; {* a83
9 d* l# f3 a7 D' ~' C* n848 J& [. I3 q. ?+ j, ?9 K9 X- Z/ A
85+ O* A- \! }- g) n; g% D
86
" Q; @+ H* Q' P8 p( {) w2 G" p87
. m9 a* c) @3 K88! N3 @: s/ H3 Z) S
896 b# W5 {# r A b+ O S7 q
90
" T# w1 w; Z. L! ]7 |1 n916 E/ U! u! I# i! f* U- {& h0 Q
929 U: J# z2 \ g- `& @/ `
93, a* J; b" ^4 I/ w% N* E
94* w1 o+ q3 V D
95/ G) _0 A9 h( n( Z0 F
967 W. j8 D2 q1 }8 j* M4 K: u
97
, o1 D" ]' Y. M5 h8 ]( N+ L# r7 T" }98
9 p7 g1 j: n% Y% E; l" i4 X: o99
; J/ R: [% r, k+ Y100- q- \3 W/ ]. u3 ^
1019 F4 f3 ?/ W+ {
102
6 V" W& O/ Z5 L$ h103
) u5 M# m7 ^) R9 v/ t! ]' A104
7 G9 Z8 Q* l; C105% |" _* i% p1 E7 `% @
106% u. d K L6 n1 H+ K$ e) D/ I
107
3 t0 M; T- L ^ U2 K+ Z1080 ~2 N7 B9 |# E- h+ ?8 e( \& s( U0 K$ Z/ E
109
4 I: I8 ~- J; {" @7 l2 K110+ W- m, H" y" C b
1117 M& g; l9 b% f: h) ~% \
112
# l# P b/ t/ V8 P113
# G* h% I/ o7 D% R! D( M3 Y114! k( q) g1 p# I
1151 x, A) z8 W/ f4 Q' z
1168 T- u* x0 p8 Q$ N# b- x
117
$ ~! ?+ e! K; F" |8 s8 p# V118# u$ q) k6 E/ ]# P5 C
119& C* ~# w: w/ i- L$ ?- G
1203 E, Y. p" j8 O
121
" ]5 z% d3 Q; x8 W" H: C- D1225 p) p; }8 \0 K: c+ @
1234 Q8 y; U3 @. y1 ~. }( A
124
3 I8 s% [ a# W. `$ c+ C125" M1 f n( _* X) t& z
1265 h9 m- u7 X3 E2 g
127; j6 ^$ A+ x" H# Q
128
7 r+ w+ N* D" ^129
3 l) @& ~7 L1 Y" S1 ?130
& m- Q0 ]( Z, ]+ L7 l- l$ h( Y/ L131
! U8 Y7 a: g: _$ T. v1324 ]( P1 n% b( }- q! X
133
. j( x- Q4 v' E" t7 s/ w9 Q134
6 l9 c" t5 `; c' n: |5 p7 v8 D, C135
: b7 p2 f& t2 j3 t' s136/ F! v" L. d8 C) \
1379 v- H! Z1 p$ c/ b
138 h* P$ u% i5 y# K5 ~
139
( H5 V3 H0 u8 P& t1 ~2 X4 G8 G" M140
7 ?: V) ]8 P6 ^- f& M! I141" h6 O o) r N! z: q' a4 B
1422 ~; ~/ Q C3 Y$ g. {6 K
143
3 R5 d0 ~! [. r/ D: `144 E# Z) g, b: y# f8 c0 L w
145! j- w% W3 F; o
146
& A! _7 L {# i7 s3 D' K; h5 j147( B8 c; T" Z0 F( ?, A
148) N0 p* n$ ~$ l. v; S
149
0 c) l2 L2 o/ D# y; b8 f4 E1508 W, q0 X; N5 X& m% A3 {
151
+ X6 ^- n9 m5 c& t7 T9 T152
+ G# e# ^9 Q: w153+ K# b% K/ W6 s3 W
1543 m. n: I7 ~0 c& \: h: a
155
/ G8 |( I, }2 |5 h* p0 u) P6 x156
* q+ X2 z3 o6 C# N9 z' x157' I6 k* J# Y. y% \# a7 a9 b
1589 F* Q1 I1 q2 e6 ]
1594 J. G# e# e7 {& f& r5 \
160
( d$ ]( ^! U( t1 O4 S1 r/ E( b161; F' P/ E) B) F$ l4 [. p6 N
162
7 G7 g3 V F$ h! [$ Y6 ]1634 d2 [9 {9 X4 }4 [" d
164% \, m% O; L$ v3 e
1652 {4 @" z5 X n2 n
1667 ]) O# s y; c0 F
167
9 M/ M+ b$ @' ?, }* U168- `( Y9 t* K- k
169
+ k) R% a, ?6 c1 q+ e, \! ?5 B170
( Y) U9 o* h& {. h! V2 i171
/ X) h( H/ z5 K; A P. }172
: M- k" V0 r9 v1 f/ v173& V/ ]( @5 H+ D1 a6 n7 a' {, O
174
; Y; Q# B3 E l0 \175- J3 p/ `) g3 b" `4 w+ i; t2 r
1768 B B5 t. L1 k; c1 C& u
1779 J. O) O1 h7 B6 Q' j5 d' x
1781 `5 B' U: Q9 v* u) N' [0 r
179; K6 A: {% {* s+ D
180. e- f7 m& u9 {* T$ s9 J5 F
181
) K5 _0 B( @5 _+ x182
% d5 r6 g3 R; d$ \183" u9 O0 r% y' `3 @, a2 i9 w
184
% y, b, K5 \+ G. {185
5 z* ]+ T1 H8 [- v- t186( t1 L1 D) ]- A% d, A; R
187
# y) |; r6 L8 W& z9 g188$ t/ i+ M9 }8 G8 @( W
189; c' t& u6 c) ^- U: M: I$ ~) D6 O
190
7 A" ^: ]& S6 p191; d5 K U; D+ G8 `2 M( h
192
% z0 [! n" i. n+ F4 T193$ {6 |9 V. ~+ L' s) t
1948 X1 {' ^5 Z; O5 t4 g
195
$ K; y) V5 ^3 q6 R6 v196
1 a& M+ t, F: Y8 H197: N( w) P% Z! L5 F; ~ |; J
198
) m+ @9 p7 P7 a199* F c$ u s! k1 e# d1 t- \
2009 t6 V& P) Y9 J/ `; [- T8 t
201. W2 m; V Z% g( x
2026 M/ M8 E8 r+ j2 a9 _0 m+ l x; s
203" V9 G# N! c }# [
204; H% \7 ~7 _& G3 [) F* S( T" H" u
205
/ ?* A, {$ \; Q$ W: z2067 [; k" Q8 l2 k( F
207/ O% D+ {$ p6 |9 N
208
/ Z+ B, A4 K' B, i, _& ~! Y" |209 [1 |& G0 O7 c
2102 S- I( y: W) [+ }8 k
211 v( ^! d2 q2 a& b$ N2 y
2126 ]5 j& g9 W& t J# A
213
; ?( h7 g9 Y* v' p$ b7 z214
3 \" z. L$ o2 {3 Q$ Y$ g, ]( ]215
# u1 z4 a8 Z0 Q0 H216
, y# Z0 m$ {/ x217
4 S6 I: Z( g) X6 A3 x7 W! E218
+ D5 M s0 F! B( x c3 J2 u0 w- N219' i3 ]: b' b7 v7 G) Y
220
& a- b# R1 x# Z4 ?3 ]& K) V221% ]! x* s1 I$ E0 l7 y6 E6 L! d
222
. r5 D S2 m z" S( M' v223
+ p# s$ x. h0 O! C224) x" S ~- c, l! r/ |1 H: w
225: r! {+ q) P, q1 H
226
2 d8 u; f- ^( g% w7 p w227
/ o! t2 Z3 i+ K& V: k$ J2286 f6 Y$ r) ^; R' Z* ~
229
1 Y4 i" r# a/ d2303 f* I; f# e# W, s' M. x
231
& C( F, m9 Y- t k {# b' I232- K9 i6 v4 S, s5 Q
233
7 h$ ?: D. j$ _8 p3 ?2 C* a234
8 K# y; U/ a+ ^235
+ E5 N* Y0 Z5 g4 S1 m, r236
3 U, A; Q" ^! U6 O- t237
7 a- b$ \9 T b! a7 W238
. r8 I: X: A/ U, k; I& m8 d4 w- f' u239
8 D% A& F( r' u* n+ I4 f5 Y( x1 G9 O240
% L$ G) |$ ]; j2412 R% x2 M& `, \/ w8 b) U `
242) {# j' ]6 {# a5 W$ X. I& y; |
243
* C' \8 u, A, t$ b244
7 O* V9 O; I* i F) b( L9 x9 ]: {. j245
$ R% V" ^1 O& I; L( A+ P2464 U# s+ ^ {' T- B/ _
247
, n7 B& H! [( Z2 X0 T248
# s \7 B( A, ~# M% l1 w& W249
1 x+ ~$ ]5 ^0 C5 F) y: J" k c: y250, J* l6 K7 M' u# \
2518 c8 c4 ^% B1 v- H) @0 T4 s1 i
252
( ]! z$ o" c7 X0 b2530 F, V; C4 }" j% ]# G- a5 B4 u9 k" v
254
6 |! `, T/ ~- R( P! I255- d3 G) v- s+ ? }9 ^) a
256 G9 h5 E; |3 W Z0 [
257
+ n1 Y+ [9 H6 d) {5 h/ \258
4 L* ]! V, E: i; T+ L( W# ~259
6 S5 K5 `5 f" O) M7 ~6 S5 _" l260
! m/ Z* V' }6 w+ T# l2 f1 T261- Q& D; J7 J; U4 v. r2 n
262
# w4 k( d( E( N+ e, d* Q2 W263
1 i5 \, P# F, A: l. m: c& G: F" d, i264. ^/ I$ i/ B6 x1 G3 I
265
& s% ^1 x4 S" `3 c3 P2 z6 O2660 R0 o. f2 z. p$ i) V* U7 c
267/ v7 G1 ~% g8 N2 H3 v6 S! _
268; I6 P+ @3 U6 i9 w
269
3 e# }9 ~2 U) h2 o+ z2706 m. l' k; B) L0 ~" g
2713 K) A W3 l; a" I) @ \# l! Y/ [# T7 o' U
2721 n1 M( I7 A. _. Y
2738 v" H4 V* \# Z. D; I5 [
274
3 H5 X; P( Y$ z% Y( {275
$ q9 I- M2 q0 k, b9 ?276# u& D) g4 e: {" Y9 Q4 c8 C
277" y" ~' Q ]) D |+ \
278
, z6 F( d! z8 h( V6 U6 b4 h& P279
7 H' t- @* c9 v+ u* C# G* q, w* Z/ R: C280! \) O5 m2 b; x2 L y' A
2814 X- u2 d4 r$ e
282
$ W6 O* Q( M: Q7 H283
0 c6 Z6 I, R# [' M8 X' z284
8 X- i5 @" I' _2850 o# A( s* b2 H1 B' q
2862 `% o2 N* G- I
287
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