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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
C( T, q9 V: b4 z. n$ `& H6 ]
9 F: V, d% _1 Y6 B+ y决策树模型
; t; p$ z3 g8 s, o3 z目录$ `5 g- Z9 E6 L3 V
人工智能第五次实验报告 19 S" J) `& u5 w) `9 K
决策树模型 1
3 E9 Y0 }" m4 R一 、问题背景 1
' D. Y7 f8 \9 R6 l6 V+ G9 @1.1 监督学习简介 1
+ m( @5 p% e' R/ L4 k1.2 决策树简介 1
" Y3 v# E7 b. R' d" b二 、程序说明 3
4 ?3 D! V! Q6 s7 b1 ^2.1 数据载入 3: m( X J( k) s7 v; }
2.2 功能函数 3; U6 X1 e% w2 K; D
2.3 决策树模型 4
7 C5 m9 Q; o4 C3 J三 、程序测试 5 j) [, O" B7 f- E0 J; T" G
3.1 数据集说明 5
8 D3 m! H/ e- P) ~$ I3.2 决策树生成和测试 6/ X2 P$ X9 Q) o# m9 {! t
3.3 学习曲线评估算法精度 7% t, m! m9 A; [7 B6 m; `- u
四 、实验总结 8
! W! `' c# u3 K9 H/ ~/ j2 m附 录 - 程序代码 8; u1 ?/ V" f: E. U
一 、问题背景: X4 X! B, O* k. v. q( ~, y# ?# _; l8 c
1.1监督学习简介0 R7 R, O+ D! ^4 W/ j
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。
' i$ a& J* h. [/ `5 _" @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。4 a9 [4 ?* i+ [# }3 W
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。3 U9 z2 {% K0 U3 U
1.2决策树简介& W+ G$ {9 H8 A: V- r! R3 `- Z
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。( @+ V9 S% D5 z1 Z% k
决策树的组成1 m0 N" o/ q0 D& v% ~! L
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。1 n, Z( D# b( F0 y* d( T
6 }0 I1 R2 i$ J# Y3 [/ a+ j
import numpy as np
6 C* n2 s ], l! D8 P2 f. ffrom matplotlib import pyplot as plt
- _ h( m. Y# P) N7 kfrom math import log' g2 k6 [, S' d9 f) D5 X
import pandas as pd
, `3 q# Q! t S) eimport pydotplus as pdp. ~, f, c" V2 M, d
+ {+ u6 |9 j& n
"""
' X/ ]" p0 M* e- g6 j/ s/ j2 L19335286 郑有为
! l! h- P7 A7 e4 q6 X2 u人工智能作业 - 实现ID3决策树
9 z9 P9 G% O8 \1 n! w"""
2 t+ \# }: B& ~8 M8 g6 ^# J
! w% F8 }4 i( w2 X& c, V/ @0 Pnonce = 0 # 用来给节点一个全局ID+ I9 o. a# I6 ~
color_i = 0
+ T2 _0 `; e7 ^# 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
8 M- I; c9 e5 ~! `1 I( Z, p O* [* @color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
y7 W6 u6 k" ?2 D$ E; e/ g3 ^8 J8 S) c7 S1 x
# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
- _* [# g' P9 v2 Gclass load_car:
# Q" Q T9 C7 Z" }( y8 O/ ` # 在表格中,最后一列是分类结果
. M* w' Y' E1 } # feature_names: 属性名列表, ? d% ]' g, A+ z0 Q' G6 z
# target_names: 标签(分类)名' v6 e5 o( X( }- t0 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
. }' E) A) @' r; `: ?( S/ R6 T # target: 目标分类值列表
/ u5 q/ s) e! v6 E+ F# t, r2 x def __init__(self):
3 t' W$ _5 ^. _$ [6 @* Z* _2 J df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')3 P1 V7 d1 p5 u# J$ X
labels = df.columns.values
: H( M' k. V B- N data_array = np.array(df[1:])5 {8 c: G& |1 [* d1 g. ^ K; c% A
self.feature_names = labels[0:-1]4 f7 D; }+ f% ~' h4 Y/ P: D+ k
self.target_names = labels[-1]
( W' f) b R4 ^. k" W4 z self.data = data_array[0:,0:-1]$ P1 l8 h! o4 _
self.target = data_array[0:,-1]) P4 f, [0 I+ v! k/ q4 ?9 h: W
0 W/ P+ s/ W" y9 D8 v. W# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
# x* K8 k# t' p! a eclass load_mushroom:
e' B; T `9 a5 M0 w* {3 j) v, v* w # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
8 s! `; w9 Z1 x+ F" z& S9 x4 t1 H # feature_names: 属性名列表* C; u/ D) X) K' B$ X5 {" G5 G$ m
# target_names: 标签(分类)名' e( P# N8 r; a' ~$ z0 m0 ?+ 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0 L4 }7 J3 ]- i: O% W
# target: 目标分类值列表0 ` S2 T# T1 [& d( a! w
def __init__(self):
. J0 S5 h9 ]. z df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data') w$ r- J7 |" J3 c- f
data_array = np.array(df)
- v0 {. e/ P; o1 g) S labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",# n1 V. i& U( g$ h' y( _
"gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",2 Z5 f. w/ Q( z# `$ O% n1 l! N
"stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",7 V. \& D4 D) `+ p2 O) E
"veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]4 j, G" V2 w) Q3 d p$ p& s+ {
self.feature_names = labels[1:]- H: o; ?4 M# ?+ r
self.target_names = labels[0]
( I! p3 h' h) E; m- F: I self.data = data_array[0:,1:]4 ` h' ^! F. O2 [1 G2 g" `$ ^2 N
self.target = data_array[0:,0]
' e! a) n5 N( x3 |, @. d- o' R T* L- ]/ T/ T& 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
# U2 y0 {9 D, Aclass new_dataset:
! c/ K" E$ t3 c # feature_names: 属性名列表3 x( e6 o: \4 j! J2 \' q4 u$ X9 V: y
# target_names: 标签(分类)名
$ o2 c- c* @( C q4 ~& q7 F* f) d, F/ [ # 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* z3 w( a! s' y1 C) p
# target: 目标分类值列表& S* `& r' P7 Q# @5 _
def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
& L! a2 @: X* Q: I- A ?* g self.feature_names = f_n
# y3 A% {6 e4 d9 z" _3 T self.target_names = t_n3 C+ V6 ]7 y5 @
self.data = d
* k1 p3 n& c1 r6 d, ^+ n self.target = t
3 Y$ H2 ^& m8 c, {( `0 Q, t1 Y( w
# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$" k( Y. r% g! C% o
# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率* ~8 _+ m$ c# ]- ^" K, L) }
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵3 V5 ]6 B: d7 s- I3 H
def get_h(target):
9 k. p( H+ s9 ^' [/ b) f6 J/ h target_count = {}$ e' p6 L9 W# v F
for i in range(len(target)):5 i+ ~% g; F2 m. A+ L' _
label = target- ?) B* G& f+ C- \# v) a) a
if label not in target_count.keys():
: K \2 n S4 v0 L/ [ target_count[label] = 1.0
7 y5 \8 M+ j9 W! Y& K else:" N7 J1 \/ O T A
target_count[label] += 1.0
; T$ Z$ r6 [& W8 i h = 0.0
% Z" x$ |3 C$ B4 ?& E for k in target_count:" {! L1 F- N6 S
p = target_count[k] / len(target)8 H9 s, h, T4 H. D% Z& s
h -= p * log(p, 2)
; A) v. w5 g" Y; K! T2 J/ y return h. ~1 c5 V' d- m0 n* O
, _8 \" S. L Q# 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_value4 M1 g4 ~" Y3 g) D9 b
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
[+ y4 `; [' d n* ?def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):/ O" Z0 f9 U. v& f& k6 O
sub_data = []+ C6 A$ Z" }% o% K
sub_target = []3 p# H7 i; T- E2 K
f_index = -1
C$ r6 m- z3 d5 a9 P4 e for i in range(len(dataset.feature_names)):% X+ H1 ~3 r0 x* E
if dataset.feature_names == feature_name:2 q) R" d3 D# ^. E }
f_index = i
9 y! i2 i0 V6 N0 Y( T# M2 ? break
5 U0 O8 w T5 F
k* {$ H. V7 k for i in range(len(dataset.data)):) A4 y/ x0 |5 M' u6 S& W
if dataset.data[f_index] == feature_value:
1 S5 A ^# x( q5 A( t l = list(dataset.data[:f_index])
v+ O2 N5 n% H6 i% j- O% @ l.extend(dataset.data[f_index+1:])0 S# J' _3 M+ Z/ q
sub_data.append(l)6 H9 L8 c, q# P( G
sub_target.append(dataset.target)
, ?' D7 ^) s" x* b' R) z0 r: f) q9 x) u0 G7 c/ k" f! i
sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
/ ~/ e6 _" h5 A! `8 y0 k* Y sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
- H; U6 y8 E: J& h6 P$ } return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)) [: G! R" i+ t
( Q | ^% z" ]2 O: o) ]# 寻找并返回信息收益最大的属性划分* ^4 O8 L/ v* m& v6 O! o
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
{* b! t1 y' \6 @# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$- i4 \9 h1 z( S1 T/ `' u
def best_spilt(dataset):& `- g# R/ E! a5 n. H, ?0 X+ o
& ]8 p4 ^6 n. x, p& j* X' a base_h = get_h(dataset.target)
Z( K9 F! b: p7 E7 X best_gain = 0.03 L' F# B) ~2 K$ C
best_feature = None, o6 K9 @! I. c7 E5 q
for i in range(len(dataset.feature_names)):
! M$ s! P# J8 p! P3 ? feature_range = []
, u5 m1 L/ E0 N0 I+ n1 F* y for j in range(len(dataset.data)):3 c* j/ l: q' q2 m' H
if dataset.data[j] not in feature_range:: c9 c5 y+ C8 ~; c1 I
feature_range.append(dataset.data[j])
/ ]+ U" O- W% |
- o! W! T' z* o' @+ ^8 Y spilt_h = 0.02 T; _9 O+ [. h# `
for feature_value in feature_range:
0 O5 N% i; U- W subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
: ?: b. t# \5 K! P) |+ B spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)# h: `, q* q8 x b' ~
! v: a+ `: R0 ?0 H if best_gain <= base_h - spilt_h:2 W, P, p2 p# }; S
best_gain = base_h - spilt_h! {( \" \0 h# z' c# ~
best_feature = dataset.feature_names
7 S1 b- |4 d) H% l: [6 E5 ]' h! u# _ P6 S7 D* V4 U& E
return best_feature
7 D" f+ [6 Q- x2 M8 c' @% x9 t0 N1 o' m5 b0 Q5 o' K
# 返回数据集中一个数据最可能的标签
1 I" G* h- r: jdef vote_most(dataset):
2 |! e; s+ `% Q( c& p3 Q target_range = {}
$ a$ w1 N5 h. h7 @1 Z best_target = None
' ~& H) C# Q4 N! T" C8 C! a! H best_vote = 0: c5 M3 c: D! u: U7 f6 u
; r+ O$ _9 g) l) m for t in dataset.target:) b% i1 L1 n7 v0 i" {) m
if t not in target_range.keys():
) ?0 }4 d, J- z K, y" J# i* t. c, ~3 v target_range[t] = 13 m. P2 q/ m7 n% A! q
else:
% D8 |3 ]2 x7 O$ A) R/ c4 _ target_range[t] += 1: P; o) \* U0 W0 t6 ^) @& n, ~4 g; B
* q4 H" l3 V7 ]4 p6 t, C' [
for t in target_range.keys():
2 s! m$ x) T5 f5 u if target_range[t] > best_vote:" K0 s2 \# B0 q( R% c1 g1 W4 i4 ~
best_vote = target_range[t]
! D6 F9 { b5 A% G8 l best_target = t+ ^( ?7 w8 S$ t7 y# Z9 v
, ]1 n- u( Y l5 X2 o! D. Q
return best_target
& r$ K1 \5 N4 N* k6 ] J6 o( ?; H1 c
# 返回测试的正确率. e% S! g- y! \6 ~& r
# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
' q& F7 F7 p( s% q, bdef accuracy_rate(predict_result, target_result):' C3 {7 g0 y3 |* F( P
# print("Predict Result: ", predict_result)
/ m5 K; n4 E" r# v # print("Target Result: ", target_result)
% O' t: G# s/ [+ } accuracy_score = 0+ U6 R0 b1 ^5 f& x! `' A
for i in range(len(predict_result)):- D. r) n+ E* U U3 c% P: q
if predict_result == target_result:
* k1 b% i% J7 [) x) b S accuracy_score += 1- k3 G) o+ x8 M" m: o1 _. x
return accuracy_score / len(predict_result). a7 _6 ]" y$ z+ h7 W
8 K! q# A0 i9 ^7 A
# 决策树的节点结构
2 f0 Z: C1 Q4 _3 Rclass dt_node:9 W$ Q R. E4 N6 ?( e. K m5 v5 h
S$ r% ?) G4 S' i r; W t; T
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):0 v' s: U3 z* q0 A: t) ^- h( k; o
global nonce
* p. H' ~, g* I/ @: a self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图3 s! S. U: J! Q+ K4 e+ Z
nonce += 1
) k2 V" C5 {# u2 A0 g( l self.feature_name = None
% B/ y) o0 j4 M3 S- `" G self.target_value = None
) U0 w+ K( s5 Q2 P8 [; @ self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
: w, m4 }. }3 P/ |* [ if not is_leaf:
0 r$ T7 `/ n- E& B8 W self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名# z$ c4 {+ K, B# r; K: s
else:
* A/ W* T* N) ]( @6 q self.target_value = content # 叶子节点的标签
) E, T& V5 U( z$ I n, |% }2 Y* g8 \" i: }
self.parent = parent
& B9 ]. m* B+ o! P& p self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
( G, B4 ^: Y+ ^" ]$ e: Q$ b0 v. ?" D7 K. ]7 v( C9 a
# 决策树模型* V; ^' `# e w2 g" {" J8 D
class dt_tree: n0 R8 i# }& I, T5 W
( V( \/ v% P' G+ o$ w def __init__(self):
8 }( i4 c. i/ `2 w# n- H, V2 _ self.tree = None # 决策树的根节点4 Z0 H9 i! w3 [. K: o' r2 f- F2 M
self.map_str = """
6 _# A# A/ g' r; c% F digraph demo{$ q# S9 Z+ o# J& }6 _
node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
- r- g" Z, k0 J( B edge [fontname="Microsoft YaHei"];
6 i% V V5 X8 h2 Z! b+ Z """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
1 n* S; I( V) W2 \8 O3 T* u self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值2 \" C( q3 \1 _( w# ]
. o V, x: q6 f
# 训练模型, train_set: 训练集0 |! e% L% z- ?7 c! f
def fit(self, train_set):
1 ?1 Z( t0 P, u6 |$ r6 ?; ]
8 H! \% G: ?. K0 d t6 R 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
9 V& q* j! C. c1 Y( b4 g0 `" A* Z return None
{) p7 l5 ~9 r9 A* l2 x+ i9 y( ^' P" ?
target_all_same = True
0 H& A7 k' y4 A: C for i in train_set.target:
F+ I7 v! \3 x8 V; x/ x if i != train_set.target[0]:% ^8 d W( C4 r$ e, c: J$ P. D
target_all_same = False! A6 r. i8 a/ u6 ]
break
' Z" O9 @4 V- }9 `2 \/ b$ B9 x5 G3 ?# g
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
& F) T0 `# H3 y% _: _ node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)! s$ j2 J& b6 R1 b
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
% g; Y% }1 ], i/ U1 l self.tree = node! a% ?; I9 L& I3 @3 V. h# u
4 f! n9 x$ h7 e# W
# 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
X+ y/ u* P" a( m: V3 X, l3 ^ node_content = "标签:" + str(node.target_value)/ H2 @" S6 j" l
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
/ O E2 b- B) J4 R0 G/ P
; c- {( V/ b1 o7 w2 F return node
: t7 H, S! G4 z2 \, W: x+ a 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
- u# y$ B% h- g8 V 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
7 A. r- f, I; h' p if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
; R2 ], E* ` ] r0 {/ O' K& a; M self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]6 ~& J# p- A- {) C. o
self.tree = node
6 u1 y* u9 T s% l' J2 J# E' i
% y( _% y; c2 D* L0 k7 N" j # 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
4 s" k% m# v( s& g8 F/ [ node_content = "标签:" + str(node.target_value); @0 D, h- ^) w/ S4 H& d
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"% c$ F( M% O" I) a/ B
1 h" q, R6 p) K" C& v* F7 X. ~4 U
return node( ~1 w4 r' r8 s2 F; }
else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点& Q) Y8 Y- t& k# }6 F
best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值/ r) o: P$ S' v$ Z
best_feature_index = -1
& Q. t: o8 n r, T5 B& r for i in range(len(train_set.feature_names)):
; t6 |: M) E) ~; E if train_set.feature_names == best_feature:) n m/ Q0 r) Z% n6 A
best_feature_index = i, }( `. o2 Z1 K1 y8 ^- x
break
) b i3 Q9 Z5 r$ H, x0 I4 E$ q4 {
node = dt_node(best_feature)
! @4 f% w" k' K( B; E node.vote_most = vote_most(train_set)
% d+ R# O! ^! [' I1 G! r if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
7 H2 q, \* q, U/ p self.tree = node5 v+ p" B0 o T2 z8 t, N
# 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色& V, ]1 E3 I* |, A+ F9 G
for i in range(len(train_set.target)):
' J) j. F7 K% ~7 u: B( X2 B if train_set.target not in self.color_dir:
2 a1 b! X+ b, m, I. e- k1 i global color_i
% g# U/ l' ]; l2 L3 R self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]* V/ i( T4 Z. W! R J, `
color_i += 1
# X6 P; @2 r& o5 V0 B color_i %= len(color_set)
" h) w# m; \% B' B
2 ?# _/ c" i' R feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
5 s* [8 m/ i0 A, q4 s ~ h for t in train_set.data:
: F$ s1 m, |; a- P0 H1 } if t[best_feature_index] not in feature_range:
0 |: b, r6 Y# r0 n feature_range.append(t[best_feature_index])
; e: z* ]9 m6 I- L+ ]
J7 o8 N; O7 W. g # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点) w3 G. g5 u* l! T/ u7 z
node_content = "属性:" + node.feature_name
# z2 P+ Z; d2 Q$ Z self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"& S1 r6 g# r) o7 G6 Z
: R4 l: d0 X0 ]4 |. G' e& h for feature_value in feature_range:
# }) @: T! o; ^0 L subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集( |0 d( }) |% L8 n
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点% e# |. c8 T6 Y4 x) }% P. |: ^
if node.child[feature_value] == None:3 S, }. K& K4 _: M
# 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
& P. J9 L5 ]& n# d/ y node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
' h0 k) D4 ?, m& e4 W2 { node.child[feature_value].parent = node
2 O4 `8 o, e' \: q
% t! k9 V+ U* k# R/ @ L4 C # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
0 ^2 Q6 |7 {+ g% v self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
4 A+ F( V; q4 ?7 ]1 j1 y+ s5 D
* J+ p. l# o" Y6 G6 ^0 A1 w) A) c # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)/ P, a2 O+ ?/ m' \) [5 S
# print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
% z! p9 b; d9 L& A/ w/ h& q& } # for feature_value in feature_range:: k9 T: R* E- @% T5 k1 y
# print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
; J2 D3 Q: e8 J: N0 m0 r return node& G3 s2 _0 g) T: }0 V- t$ G4 i
+ g9 {* z: w/ D, s6 s" u # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
/ U% [: q, r. N1 s+ w1 b def predict(self, test_set):2 b I: Q) ?* { H- E% b
test_result = []
' U+ O I6 [+ w5 P7 T4 j2 ~ for test in test_set.data:: P0 D& h# {* ]6 M" X
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点+ {( J1 d$ G4 O7 d C6 m( j4 Y* H
while node.target_value == None:$ \; M. s+ f, n5 }7 |# W) |6 Q4 c( \
feature_name_index = -1
2 t& S6 A6 G+ i: h for i in range(len(test_set.feature_names)):
3 j6 r2 H5 O; K% |0 @9 F if test_set.feature_names == node.feature_name:
3 E$ ?% T4 D1 Y/ g9 M! [ feature_name_index = i3 f4 N0 C9 l9 N! I
break$ _& v0 A6 b) Z7 n( m2 ]
if test[feature_name_index] not in node.child.keys():; x# a4 P, o( D8 w5 h4 }( S
break- |$ x. O7 y' l4 C
else:0 q1 Z: L2 N: P: Y# S4 S4 i7 X
node = node.child[test[feature_name_index]]# @3 Y, H1 v, ]' Q J7 u
" g- ?$ C, E# y5 {3 [0 n if node.target_value == None:
7 v- n% [/ J& Q: L U# X7 N test_result.append(node.vote_most). ?0 n! e/ r) ]1 W- _% U
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
( N. E; |0 V* D$ T- O test_result.append(node.target_value)
" P) U% ~1 P4 F7 h' E1 k' B1 z' T6 }: {8 p/ i" x: m* J
return test_result% ^/ _ e) L }3 D" J* b! m A
) Z& \# ^: U* a& e/ m* N
# 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
! a% x3 B1 L1 Q3 H7 L def show_tree(self, path="demo.png"):" G' l( f$ _. c2 T& j _
map = self.map_str + "}"
/ L0 X, U8 |) n. I+ J+ v F$ ` print(map)
- V* N) K) V6 v" V graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
1 M8 D! ^1 J% b# Z' ?; v graph.write_png(path)7 S- N+ J* n2 ^. C
, L- l q5 o* q0 S" L& z
# 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/ w% Q! f8 s, x& s
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):4 A9 I# j; \& J
c = dataset
# S: p; K- h0 K, I r = range(5, len(c.data) - 1, interval)! `$ J/ a+ G3 ^
rates = []" X1 ]. I/ w$ |1 Q4 n7 t- ^
for train_num in r:! W3 v/ ^- ?' l1 P9 m9 f7 G
print(train_num)& L/ H& n4 g7 i+ V6 Y3 K
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])' ~4 j- h9 g. w8 \5 F+ L
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
" ] ~. S# f7 ?7 S+ k- S dt = dt_tree()
5 r% L4 H4 ?5 l1 u+ S: y! m7 k+ q+ l dt.fit(train_set)
5 l, ?7 x0 [# X: ~& M' u rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))): B4 S7 o$ s! M
, o3 Q! q- g# r- s8 }+ d6 v print(rates)6 b3 \* j# G" }0 G7 o) x9 Q: G
plt.plot(r, rates)
2 F9 a* ~2 w+ H8 d7 J" d9 C plt.ylabel(label)
9 E+ z) @! s. |( i/ s plt.show()* p+ w9 M9 E; Q4 u. q' E
1 a; A4 L. T2 n$ t* `
if __name__ == '__main__':- v# \. d+ Z4 I) [! ]
! Y6 n8 ?/ \, L, l' {
c = load_car() # 载入汽车数据集4 E6 V. J4 ]2 W; I
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集
3 K) r0 L4 u+ J! W" l/ v train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
0 J+ k% \$ l+ A5 @% L train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num]) h# d; ^4 _$ x$ [
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
5 q9 C5 H: G0 B* l7 Y0 g% [( y' q- u
) ^( T$ @9 V# z0 p& s$ O' u dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
A G& ?- q7 C! D3 i" j dt.fit(train_set) # 训练) f; c; J( k: g) F+ m5 n- ]
dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片4 f9 E; P8 q0 P* B
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧% O: K6 x, R$ k; Q, k3 K* `
* }; ]0 R, j0 M& l
# incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
) F8 }$ T2 [" X$ h1 r" d' e # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
2 m9 {/ d C) O9 L! x' E4 E! h/ c4 G( z/ @2 E c
) T; N; D6 u% E0 Z5 ~" G
" E% Z% w& a( H$ ~$ p: [6 C15 U) @2 o1 S9 p. `( s" k' x1 f% C
2
2 N% ?1 O# I" Q' F# o3, w$ p6 M" P( ~1 k. C B
4 U% B$ a! T, x6 G" a! S
5
/ {, h% [2 N3 l% Q% F6
% u' g/ Q- U8 [5 X; ~( ]5 X# i' q7. Q) L+ I' U1 U4 V; L1 Z
8, M( ~9 e( e5 Q1 F6 o
9
# W2 E- F$ u/ ?10& B5 D0 L, A- F: q0 W7 W9 I( j
112 X0 M! t! C7 _& b* Y5 Q. V5 o
12' E4 O# s+ V0 e/ v5 T5 S, B
13' z0 L6 P; q1 p9 v+ I' m6 M
14' I6 d2 x1 o$ G$ N" _
15
2 O! C$ T6 V, B$ C* r, Z16
4 x% |# R1 @ L' q17
5 M6 Y) C' @% X: w- f4 W; P- y181 }) j% G2 M: e( u. `: d: a: o: P
19
2 J# M" y. ~$ x I- H( v2 e* Z20! @6 o' g0 Y5 m: C$ C
21" P$ |/ N' c) ]
22
+ `- L2 V2 C: d8 J- l6 M' r4 c7 l5 i23
. }% _ W. K- A: f7 Y' v) [24
% `9 t" ]! K, {& d250 ~; d& K0 {1 E, e
26( |* t- n( _. |1 X) a5 J2 a2 G
27$ }! i, W- |* m: T
28
) P% L$ I, b6 c$ ]# _) X29, m9 V$ M% h# N. \! T \
30+ E; n, b: u1 Y" E
315 T8 c/ b$ y: [* a& ? z$ C
32! ?) d+ |* t/ H: _8 N" x1 V
33
: h5 V9 M4 D. ]. J+ I34
* [+ \7 A4 A4 v1 g35& a4 ?% A) a8 z( b F* ]; b3 v) t
36- @6 s/ w0 O4 ~$ f
37
/ b' L; ?& D- }1 e6 U& m9 m38: u& A2 W$ I i+ v% c2 _
39
7 g2 Z; x! A x2 ^9 W/ a1 `405 e( c+ M' x1 R
412 n1 w* I7 f6 m4 g: w/ z4 u+ y
422 ?$ R' f5 D7 P9 d$ T$ S; l
43
; e* h! n" ^$ U/ o, N, s* |44" D$ t1 L+ _- l+ K/ s
45
8 a9 [$ h( X5 b, \46
[' H1 W$ u$ ^0 Q7 K473 b2 o; B) ] S& t
48
% ?$ g% M7 j# H! T49
1 J6 T3 |7 v$ s3 W' u6 u50
. c3 m: G. Q$ i; g3 h6 t1 H51
9 z6 _5 z5 I, j. Q521 o4 v; \4 d% e! o+ V
53
9 Y' w2 Y, a w& e) \54
1 i8 g! |6 c# E" o" z55
r& `. ]0 x5 G6 g) q m56) f: r2 S- O+ H( [
571 v/ t' n2 }$ Q- J
581 v( Q: |5 C/ F8 u. s
59
5 q) ?! d( ^0 `' [+ ^+ \, P60
- |: W9 r0 V( m- O& R" e+ e9 i61
1 v3 l5 x ~0 f% O! m% o622 u* [; A/ u: O0 i% Y
63
. m& r. t- q( s% T& I7 `64
# G& b, c# k, X65$ O3 P m$ e/ l
66
/ c E& _' o1 u J; }6 U# L; x2 ~67
* D$ F9 R) N# A& ?68
k" P3 `3 T: B6 Y69
; p7 j) |: u0 Y8 J i70
( w/ T3 O9 m: v% y5 Z71( o( C' _) J2 k. {
72
$ { Z& Z' X6 V" i2 n73
& | a' D* B1 r& C74
) D4 O7 x% j. j/ p6 l75
d9 W# c4 I" B* t) M76
1 u$ u0 x" `. \2 W+ C5 G7 v* q77
. z5 ]! |% t3 X% U4 G, k8 g789 W7 E" N3 Z p2 a( e8 N
79! Y! ?' q2 Q; W# z) J% z' n
805 n6 J- w% u* v6 v u( {' `
81
- b6 y/ [9 ?# _1 k6 Z+ g" V1 N82
/ L7 p2 j! M/ |) Y0 T: J! f$ |+ A$ e83: X, F! ` g$ g
84
. k! O+ G1 C7 w9 t85: l' @9 J, z' B n# z8 w5 x
86: q( B# ]! P+ `+ E, I v
87; X% q: h( j' M) P
88
/ l# D( k8 T1 z5 @' M+ b* t h89
! B3 c% j* A6 V [2 s90
+ r# I8 n+ C$ {2 A91
' @0 i4 A- @1 n# `% }5 C& Q92
' i: Y" v; ?. @' [. ^- @93
9 P' ]) V$ Q2 M94
$ \% P" r0 ^( _+ R; |5 O+ Y) Y95+ U8 T8 b$ ?/ ~
96
. f: U" Q5 P/ ^! [9 l97
0 b. N% V2 a! w8 o: ~! f0 |98$ {$ ^, Q/ z& ?0 [5 O2 d, y
997 E6 b- p; H6 ~. }3 d# q3 t
1009 y6 s% ]2 x a! K% E% M
101! R% Z: h; ~/ V5 L& T
102. [7 H T6 T( @4 W' Y% q1 w" q
103' t1 I% k, S0 j2 t; h/ r2 U
104
7 Y/ H3 U n& n$ X105; d) m' T9 M, d
106
4 `0 ]# l1 H @0 u* E; u+ F7 T107
% _$ h; x- s/ \2 C9 @7 }+ [/ l$ k108; R- u) |' b {$ a$ o- X! i
1098 Y8 N& ^/ O6 [% o
110* w( ?* B6 z. n/ R! H% q2 b# d2 s- ^7 w
111" W8 V# Y) z3 B: [( P
112, G% e- o! I7 V- N$ T
113
' I, {& g) X4 b# n# E114
- ?* _7 m) N* l% `0 f1 t1 C115
6 e" q( u$ T- u: `2 c116# w% a* t0 T6 p) I* u# a+ s
117, ?; {# J6 r3 ?- X! x* E( C
118: n+ v5 K0 w! e8 u$ s( R
119% g/ f9 j2 p7 r% C, _$ C% ?2 U
120; G; t. s; t: T# K- m X2 m2 [+ R# @! n
121' _9 X- t' u a5 n0 G
122
! r ], j" W; P& o5 n6 L Q123
, _3 H- q; v+ V0 F+ T1241 O( l3 H8 p: j7 t0 ^- J
125
7 j" ^) t# z" l* Y+ L4 w126
2 \' a5 H% z3 r3 x; D, c* B9 a: e127
; G6 I, \% |+ y& [' P2 S128: K& `( e# a3 V0 M4 T, ^2 x3 G3 W
129/ P q% C* i" w) ^
130; A" H7 u/ t) l! F1 _2 j8 }) l
131
& W9 D4 x! o+ _3 P4 C0 h5 [132
0 K3 [% E2 v8 U5 ?133
! ~) y6 e8 a: O V/ ?$ v$ M134& l, a$ z0 F: h% M5 I! Q8 G
1352 \# k8 X% a) ^: @
136. X7 K. m& C; l# Z6 U$ g
137 a0 o4 e2 ~& Q$ m9 w: \
138* P, ^& N- [) B i# e
139( P) X% X) O5 K: g! v. H
140
" K/ ^6 g" \' Q/ I# O$ J$ B141
+ t1 N0 U r# o7 P+ J2 {9 @142$ e3 ^6 _8 I# l5 _
143
$ f4 W, S1 z1 {144
- A0 z' v7 h) q. m' L) |1459 _; s* A: h+ t S4 x( m9 z3 u
1467 d! G0 ]6 J Q- f. E& n& [7 f" [& G3 h+ u9 L
147) w; ^+ P7 n0 r' v5 q a5 C
148
! B. Q0 `5 L' K* i% i. C- _1490 ?( Q: X- e! ?
1505 k7 I4 e; ~- N7 [
151
* f9 A. \# e _. k152
+ X* k4 A. U1 k153- C1 s! e7 S- h- J% v% `
154
9 @4 ~2 V3 a4 a155& J; [$ ]! S5 ]; `/ _) w' ]$ [% x; S
1565 o9 e' c2 Q3 {, E) j) L
157: I8 d! d8 d# d ]. @, r0 q
158
: I7 Q; Y6 o: i$ a( n# |7 M159# H* B' Y' v6 O- Y! J5 E
160! J6 L; j8 ]! }, u' Y
161
6 \8 [2 {; R3 I' |" Q |/ N5 n162: s1 X+ d1 y; ]
1631 J$ D- d+ F# R
164) B; u$ n4 p$ b
165
& D% M* \. D" g0 C. s4 Q7 |. [3 l' `166
. ~, ~2 a# a2 O( I6 Z" |# }# i) D167( H- }8 l; f9 _# B. X! ?% F& y
168
8 T: M& O. p% @4 ?169
& Y4 i! r3 C' c1 K M170
' Q2 f" L9 j' t& m# |171+ O4 Y$ T) Z4 ?2 T; _( d8 L E* S4 U
172+ _* z3 h+ _6 x+ y
173' q; z& K: n/ A5 y( t1 q! L# {4 L
174
4 | ~# Y7 H: E/ O8 E9 U5 W1759 w, u% u+ X1 |& c
176
! M" ]: }1 o* m; W7 k4 B+ z177
1 s6 O D! u) [- N- z178: k( p! q* Z$ E4 z9 |5 ?
179% F; c x1 G) L# B# f, @
1805 ~/ X- [; Y! ~& ?2 }+ u
181
( N: k3 m1 D% Q5 J6 h182( R7 ^* d7 @3 Z) n
183
( \5 U( u5 z; {/ q- a184' N G0 A8 n5 E4 {, {; H0 s/ D
185
! M2 K$ [6 `" U! L& t3 k, a- A: b186
! l8 F m6 H1 H; X9 W187
/ C4 K" L; A4 |/ Q( |; p188
$ l- w$ b; C8 ^# H6 I% v' B/ A" M189
- v/ d6 e9 x' u* j190
- r: _- u8 F1 f; A( E) l+ H191
8 B" H2 M# p' A; S% O192! \- r3 B0 Q* e% D2 B! ^! L
193) C) Y; r6 H& D1 a" Q0 E
1940 v% Z' y/ z) _- Z
195
2 N- w; Z1 {- j. s# f: F5 h196. R8 i+ `. q$ S9 r4 X- u/ C' k$ s
197, B7 j9 ^8 p4 j2 X
198; U9 c6 Q- \% f/ |& N$ J0 E
199
) _/ ?3 g$ w. K6 N200
' ^$ p X4 f. @201
, Z! @0 k8 ?) Q6 d' D202
* F3 t6 K D! J203
0 M$ X8 E* A# B1 _. p/ K0 W204
- @9 M) |- z. M5 @$ X2050 T3 L9 S2 m& ?9 q
206
K+ L+ p' G) D( q) L207
, y2 }, e4 A3 h208- D5 v! s0 ~5 X+ j3 P5 Z
209
: m6 Q1 e/ d/ {1 i8 a210- d! S3 m9 H1 n
211
4 ?" Q5 j9 N, S$ I% I% _" y: H% k212
! h! p% B5 I. K# R2131 t3 x% q$ i% B ?& L* M( r
214
4 u" d& n0 l% h4 O1 J1 |215
/ G6 n5 O* r* p) l- o$ Q216
; F4 E+ q- O0 m. m V217
1 I! k2 @$ g; D218' q/ Y) x; ^+ J/ c7 t# B0 u# _
219) M% L k" E" `
220
" U) L, p+ y! M221
! p" y3 ]% s1 m+ o9 y8 S9 l2224 b* N1 q2 W/ F/ g6 |% w
223) S/ ~# N5 Z7 y$ F
224* m4 M5 b5 b4 D! `: n" J5 x. h3 l
225/ q7 y4 U3 [& b8 u+ R
226
% |* R: |- Z& ?9 p- L227
# H$ Z6 r, ^. ~* T) F228
3 c- F9 ~) R% `9 n9 Z) E) H229
b( \: R4 k A2300 f0 x& ]0 k j8 m0 }
2318 [. T- F& S: \+ A6 |( n1 @
232: s; U j' H" z* V/ e- ]
233# w5 D! Z+ K" u* F
2340 X2 K% v% t. A0 h% ]) ]3 w" a, I* O- _
235
8 `0 i0 z% w; w- V. [2 w& n* H, C236
6 s; ?0 E! X. L2375 J0 j2 Y i0 c3 h* R2 u1 h# S, B
238
d9 l& z. b' a! e4 D( o# |5 P- Q6 P239
3 I7 }) Y; G/ m }% G) [1 d240
, v3 `$ m$ r& x# a6 L9 _241- z1 s N* N) H9 K6 i' R
242# m4 T4 [0 f5 U3 w9 U8 w) Q' B1 ]' B9 `( J
243- X4 s, l7 F. R( _0 R/ Y1 F
244
6 \1 a$ d# Q3 d' t4 R245
% O/ b6 M4 Z4 O: a' Q) \/ G246; [* U/ q! R" b* l3 w
247
3 Y& s4 }- R2 g' v' J7 U# E248
! c! x) S# s! d. @1 B' z249
8 y$ s: k/ o$ D2 q, p3 C0 q' A0 f250
! K$ v6 r' Q9 @6 `0 u8 k7 w' _251( ^* y. ^. ~* W9 u8 g* t& n5 o
252
! T6 l- _+ b) f) W9 N( ?5 X$ v1 i253
$ Q; r7 T W0 t7 J7 B2541 D& G) ? H# P2 k" Z/ J( M( H
2556 A( i: }1 j8 Q
256
& Z! j& U# u0 B( _' c0 l2576 g4 D7 B& W, G6 ^9 d
258* ?# ?. u) G# f7 s. j) w
259
1 f! ]; Q# `! l. [2609 C. X& Y7 e1 s. U+ G
261. s G/ Q' s4 {/ ]. y4 ]
2628 Y' o( G4 `/ K# l
2633 h. D0 e- p) |- a B7 }
264
0 `. n) h: q; w. {4 n265, D+ J# F9 ?4 y+ S
266
. c# I5 h6 s) C8 I* l5 X; i3 ]267
+ w2 Z1 Y i- X8 {" C2683 A, H, B; ?* {9 J
269
+ G% \+ y" i) z" B [: J0 F) y9 i$ |270
& ?2 b5 q4 R* b' ^$ M. m+ z271
; x7 q5 x) t- j+ p272+ C, ~' {4 f4 `2 `! ]
273
3 j* B. t; x C/ E. i9 g7 I274
/ @4 X0 p& g5 @( x( B* k) ]2751 X3 F# l" Q, i7 J+ M' d
276
! X% {' S" l) G. ]277
# C: h# {% M* v( ]278" V! M5 U% A3 {$ B, P c
2791 Q$ G) w: ?9 p( t' w* w% x
2802 a. O, @6 Q0 m6 k, {* a' F
281
0 f5 j9 {. N4 X, m6 b' ?* b9 _282
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