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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

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    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |正序浏览
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    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
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    , S" Q9 R0 `& e3 l版权声明:本文为CSDN博主「biyezuopin」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
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