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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

    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

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |正序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    基于Python实现的决策树模型" e5 x  f# {# _0 }1 K9 Z% F
    4 t  H3 H8 S* W5 C
    决策树模型% j6 `" _9 l5 i- V3 c1 I
    目录
    ' {) ^; f2 Y! j! V. @# t+ f人工智能第五次实验报告 1
    6 u$ R/ e& P, y决策树模型 19 V' \1 Z0 N/ J
    一 、问题背景 1
    ! v* k/ Q3 a7 K9 ?1.1 监督学习简介 1
    & H% x7 q8 N' V2 k. U$ r% a7 d0 g1.2 决策树简介 1
    ( Q7 p2 w! o/ F! A7 Z5 q二 、程序说明 3
    ( p+ U1 V/ ]6 G2.1 数据载入 3# B! h2 ?+ M7 P8 W* ]
    2.2 功能函数 3
    + h) H( y" K/ ]- u. B+ `$ G; t2.3 决策树模型 4
    , t. ?" a' L7 b" w+ \  ~5 [$ ~6 l三 、程序测试 57 E2 _; j$ A( ]5 x( s& Y& U
    3.1 数据集说明 5
    % n5 y! a* P$ B; f3.2 决策树生成和测试 6
    ; {% E' l+ p/ ]; C, m/ ~9 M3.3 学习曲线评估算法精度 7( }, a0 H% [) s" G- d, O
    四 、实验总结 8' ], I& v4 M: J/ j) f
    附 录 - 程序代码 8/ Y" E$ o: M; P' z
    一 、问题背景
    # T# E; N1 h6 D9 F" \7 o1.1监督学习简介
    ! N; k" ]0 _" b/ D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- M& d9 D. q$ N+ v6 }" Z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。! |# X5 D* c; [1 g/ Y# Y5 z
    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。
    , ~! ~% m6 G9 o$ k. e# J1.2决策树简介, y4 L9 l% `9 f  C% @2 d/ _: 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。. A0 Y- O) R7 r2 `- ^& v
    决策树的组成8 ^; c4 t7 s+ M
    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。
    ! u/ F% C, p; m8 |
    - H$ q. I8 r3 p& G* Timport numpy as np
    ( m' ?9 g7 C! L* d- H# Qfrom matplotlib import pyplot as plt
    7 O, t: L5 o* [* Rfrom math import log
    ' ?: \# i; G! C1 U( ~( iimport pandas as pd
    - I1 u5 O3 h, h9 B/ simport pydotplus as pdp( A1 P; L( j. b* o# z7 P" b( Y' L- B
    * S( b& n/ [3 H
    """
    % J, v0 |/ i4 {2 y9 q0 V19335286 郑有为
    . F: ]; A% A7 R% N人工智能作业 - 实现ID3决策树
    : `1 c2 ~, y, m) d0 S9 p+ F"""
    5 |: J3 a& ^2 Y' _- W
    2 n7 w+ T% W) m8 r4 gnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    # b) t$ t6 W7 c7 ^: b* ycolor_i = 0
    8 o( \# r) c( }7 N! p# 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5 D" B7 \+ l0 S" q9 F/ |
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]! z1 s  g; Y3 b3 T  X; V

    * {0 Q4 g( |! Z2 t3 \( N# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    2 H7 L% u( R0 s* h# f+ l* ^) Rclass load_car:
    " M# E) }  M! v9 P    # 在表格中,最后一列是分类结果
    2 h, P  @) L2 a$ D* T% p- t    # feature_names: 属性名列表
    ) U  r! x( h+ r5 \/ H6 U8 v2 J    # target_names: 标签(分类)名  _6 O7 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
    ) E7 T5 y2 g" ^0 Y2 e/ U    # target: 目标分类值列表; k( ^# b& e  C: U1 k+ P' l
        def __init__(self):4 }& t. A7 T: L. k- Y
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    1 ^6 a( ^( p) h1 g1 q! l        labels = df.columns.values
    3 K3 _, ^' n. [- P, F        data_array = np.array(df[1:])2 w: t8 f3 `, |7 U0 T
            self.feature_names = labels[0:-1]
    1 w1 L/ n# q, e& S) F0 x        self.target_names = labels[-1]
    / `8 w" [% ?2 r, s5 W) M# n0 k        self.data = data_array[0:,0:-1]
    / D- L; _1 M& q! d! r4 L        self.target = data_array[0:,-1]
    - B+ G1 O; P6 Z
    + Y" \: K; i, @! J. [& D. w# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    / i. m& N! A" ]  _# P$ j: ~class load_mushroom:
    2 O- W; E1 [) ]    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.; _2 f* \7 N. {' r9 L9 H
        # feature_names: 属性名列表
    * h2 l& U: b4 b: j5 E6 D: _    # target_names: 标签(分类)名: G2 a5 K$ R9 o9 _5 m
        # data: 属性数据矩阵, 每行是一个数据, 每个数据是每个属性的对应值的列表
    . k9 Z. \5 ~) V4 i; ?; T    # target: 目标分类值列表; s* Y# i. }, G" B4 W
        def __init__(self):, T; c7 K+ ~7 @  [3 [1 M8 s
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')3 \3 {" H6 t! H1 i
            data_array = np.array(df)
    , ^- i4 E0 s; d; q" a: n  B0 E        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",+ _6 r! D2 C" `) z& x! I+ M
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    ! L1 J2 M& J* W                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
    4 R5 V( o7 E. E- s                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    6 X- F, k2 [# O! U( p        self.feature_names = labels[1:]
    : ~" G, e. S. e# c1 W& i, _, q        self.target_names = labels[0]
    ; Z  n% e- P" d, n& C        self.data = data_array[0:,1:]" G- U( i2 S2 u3 ^6 _; N$ E
            self.target = data_array[0:,0], R; E  [: w. _% g: X- i
    , @. N1 l, q- \' ]+ G9 n. Z7 U
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
    $ O6 c, H( R# f, I" Uclass new_dataset:
    ; W  t2 s; k% `    # feature_names: 属性名列表
    - N0 H7 V; R+ G" z! Q  M    # target_names: 标签(分类)名1 ?  D- x4 p. 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* Z* O& _' ]0 V2 h! O: p
        # target: 目标分类值列表
    ; ^3 {5 P& k( p4 R  K    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    & Y) d% D! k7 I6 _, f        self.feature_names = f_n
    * Q) R; A' ?+ l( _  T        self.target_names = t_n
    * _$ Z1 Y! x2 d, t# m        self.data = d/ V; ^, B: f8 V6 L0 T! d+ \" q# ]
            self.target = t
    ( `6 ^+ v+ L! y2 n
    , p, r6 V) ~3 w2 f/ M# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$+ g6 c# T; r7 W8 v) I. b- Y! d+ _
    #        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    6 F9 j9 I+ a4 e7 @# target: 分类结果的列表, return: 信息熵  e# M& Q" B+ D" E
    def get_h(target):
    ) l" N  T. c# G' K- G, z    target_count = {}0 K$ _, Q& g. k1 h+ r" i
        for i in range(len(target)):
    * w+ @: |5 \4 h2 c# z5 m) Y        label = target# E7 j3 W/ J" Q  G& `9 ?& H% v
            if label not in target_count.keys():% I% Q/ C+ t! o. i
                target_count[label] = 1.0: u- K; m, _# F( S( @* r
            else:
    1 f/ J. N, {2 W  {5 p6 p            target_count[label] += 1.0) |5 }0 u- y( Y( L  i2 f- S+ J, E
        h = 0.0; S( Y) f( P6 c7 u) G0 y  G6 T% V
        for k in target_count:. ?. Z* X$ f- ~* b5 D9 `
            p = target_count[k] / len(target)
    1 o$ ^/ G: d9 c8 [5 W. F        h -= p * log(p, 2)- a( D7 r! H8 p
        return h
    : }0 G' w" r. Y7 X. v* t3 _
    ) K  d0 x- W! }4 c5 Z# 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
    + Z1 I" G- m- ?: m, {' a# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    / q9 b# V2 h6 hdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    : a' S6 q% m& L9 W1 F" B" @    sub_data = []- [& X( x, c) o- @3 B
        sub_target = []
    0 r# E! L; w$ L( _. H$ F    f_index = -1
    9 Y* C7 h4 A/ m- ^    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    $ B7 x. D. `6 O        if dataset.feature_names == feature_name:
    $ H2 h- i0 h; `, l3 c# a2 s            f_index = i
    / v- y$ \( N# ?" Y5 j! Y/ U            break* {. ?6 i( Q. B2 f  W* u4 }

    9 d' O, S& f6 u1 |% T2 h5 S    for i in range(len(dataset.data)):
    . [, Q8 ?% ]2 P' T        if dataset.data[f_index] == feature_value:" j4 l2 }% a6 J
                l = list(dataset.data[:f_index]); a0 w7 }% X4 H' Z$ [( F# X6 B7 n
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])9 L" L( O; u# H$ ~) L( P3 A, m) i
                sub_data.append(l)
    . ~+ [1 E  C6 \6 F# P            sub_target.append(dataset.target). c; t5 Y1 \' _! H  ]3 Z5 |( b

      y9 e  o( i5 ?/ s; k% V    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    & r) i* w5 t: T/ P( B5 D    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    $ O+ n8 P  D5 j) z) r    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    7 h3 u" n. h7 Z( ^
    , ?1 ^3 d* |3 _# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
      O: I3 M8 m# e  v3 Q& p% x2 m# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    # g% K1 ?( a) N- ~: @* G  W# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    0 S, P8 u. t4 I" ^. {/ B/ e6 ^def best_spilt(dataset):
    % ]+ h' g9 R$ j4 s; I7 H8 E9 F& N! i% z) \
        base_h = get_h(dataset.target)
    ' Y  P3 d% _3 Y- M( J4 u" P- @& w& [    best_gain = 0.0$ f  G+ ^8 v& `
        best_feature = None
    4 P: L  C$ a* D0 }9 }    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    ) V$ K, S1 S- ]; J3 c* ~, H) y        feature_range = []( ]; k, c* r: x7 a" f1 x6 B" H4 A  g
            for j in range(len(dataset.data)):. D9 d' S7 ^& t# Y6 W1 l; w2 i" I: s$ ?  o
                if dataset.data[j] not in feature_range:  \4 k' w4 H& Y) @
                    feature_range.append(dataset.data[j])) F2 E/ G' `. S1 t1 q7 T

    7 P* K5 f6 F  _9 \6 v0 _        spilt_h = 0.0  p  f1 E8 R1 O% G
            for feature_value in feature_range:
    / M. w5 o( @, U! @3 C/ s; M/ h! S. W            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    * ?7 j" l$ W) F- I( H4 n; J            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    * v; p" Y$ Z& j; T# r. j/ L
    5 d1 l2 m, |" a7 t  }) O$ N  l        if best_gain <= base_h - spilt_h:; z! S6 q" ~& M
                best_gain = base_h - spilt_h) @) l% i/ D% A# k5 @  f4 f
                best_feature = dataset.feature_names2 x2 k; z8 v9 ?/ n5 ?" r" |. r
    9 ?; X1 W1 ~, ~5 p2 S
        return best_feature3 ]; V8 q1 N, q  j
    8 l9 P. v# w% s+ U6 Y
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签
    6 f; l# X' v7 X) q& d4 V  gdef vote_most(dataset):
    2 F4 ?+ d% t# g    target_range = {}
    & Y! U- R7 M2 R3 \% j    best_target = None
    + y3 a( i9 f9 q, Q$ W    best_vote = 0
    % Z7 J4 P& `, L7 {' _1 d  J
    4 x! b& v( {, s  [0 _) k( K4 v+ L    for t in dataset.target:
    + c" ?, o4 f! O. S8 r        if t not in target_range.keys():
    # S) }2 F5 c! g) T+ S            target_range[t] = 1" g+ d+ g! A- O& H" K! c
            else:
      S6 T& l" N2 G) ?1 D            target_range[t] += 1
    ; f3 o# J1 Y& f6 a
    / z5 f; ~8 ^( V+ l. H; [7 a    for t in target_range.keys():
    / [; X6 V9 \) T3 U        if target_range[t] > best_vote:6 ~. j, V4 s& n$ U/ H" l
                best_vote = target_range[t]' A" Z0 k& [% T
                best_target = t/ D$ K) v- t) l4 s

    - L% `; u9 J  j9 e    return best_target" [' U" k4 Q. G6 u! w
    3 B, o/ C. o6 p& G
    # 返回测试的正确率6 }7 b: ^8 y' T; _# a% q
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    7 E8 [. ?. T6 l& E/ Vdef accuracy_rate(predict_result, target_result):' z. V$ [* @( ~
        # print("Predict Result: ", predict_result)
    5 r, E' b3 V. A    # print("Target Result:  ", target_result)
    2 p& I1 u- Q) B+ l    accuracy_score = 0
    + Y* o" [2 T5 L3 {, x: M    for i in range(len(predict_result)):
      j7 D' D- S. F9 k1 p$ l1 a" M        if predict_result == target_result:. E6 i. B9 T8 t* v* P, J% e' B
                accuracy_score += 1
    $ u/ R9 H; V7 M2 y) J    return accuracy_score / len(predict_result)
    4 }1 ~' r( L* m1 J: c2 `( R) R
    % q  p! I8 A! N" P1 H# 决策树的节点结构0 P' t: V! q3 K- R5 Z
    class dt_node:
    . _% `' |6 u- L# V/ t* s
    , ?& _( _% x# W3 m# b' @0 q    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    5 j' A$ o' o8 l6 l3 h        global nonce
    " O2 V7 b& c+ `" G/ m8 E        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
      c0 j2 X1 y7 B) b! O  X        nonce += 1
    " p( R! G' Y/ T. L        self.feature_name = None1 t7 ^5 `; A/ j$ q
            self.target_value = None; i6 R$ q* [. P/ I4 A! j
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签' c! f# z: t. v7 G* v* J. X, E1 k
            if not is_leaf:
    4 a7 X; h5 T2 {4 A! W            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
    # Q: G* B8 g1 h3 g/ D/ U) |" @        else:
    , z; t- m- U; f" u            self.target_value = content # 叶子节点的标签. H9 G" o7 e. O( p* q' ]5 T
    ( r) b2 D& U0 ]+ k# F
            self.parent = parent$ _0 L1 p6 t- \" ~' x4 p
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
    % m& Z9 G3 l+ u7 q7 ]7 Q% s' k  X1 P; d3 h, i/ ^3 C
    # 决策树模型
    % g6 l, r2 l* f) nclass dt_tree:0 B8 `& Z/ e0 W5 d, x, u
    : c2 t+ |6 J5 O0 T  i5 U- V( x6 |- w
        def __init__(self):
    1 R- K4 L; ]6 @5 ]# {; X        self.tree = None # 决策树的根节点
    : K, G8 O5 }$ _% o9 [        self.map_str = """& Y4 }; c" ^9 ]' q
                digraph demo{( S7 k2 a. V) {2 t; l
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];! O) q5 V; G) D  f1 y
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    3 ^" _* w6 {5 |            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构" `& c& v7 {: t
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值/ h4 \, L5 G0 S6 z" u% Z
    + A' M; v  T7 A" T; {/ Z2 `
        # 训练模型, train_set: 训练集
    - b; P# k# ?1 [; q' B/ ~    def fit(self, train_set):
    ! k5 h: u3 \6 A' [* |" ]/ t. K
    : {/ f1 t0 m  D, x3 Q7 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6 Q3 b7 O* {" u7 T% z
                return None
    4 Y; J' }, e6 p' U. b- ], S* e, _/ H1 r% V9 x
            target_all_same = True
    # @3 r& ]! ?% W4 t5 a" n" b        for i in train_set.target:5 H. L# e4 A  V- q( E( F% m& w
                if i != train_set.target[0]:' S7 a! _! [% Z# X! v
                    target_all_same = False
    2 H4 _4 A% y' s8 \                break
    & K' h! @' @! x
    , F0 N2 N8 G/ J* x& p, d2 e        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- q$ {, w  m1 ~' q! {3 k4 z; q
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)3 M/ a" j: n4 p' q, P. b
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    + v& p) t) G  K/ i                self.tree = node
    ; y; E& [  q, m) K$ @
    5 z! }7 T& M2 H+ `: o" R( 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; [% J2 _; `% i
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)' Z# y( I2 @7 Y: r! e
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    * N+ n) f2 x: A5 l, F$ P! ?
    0 B; Z+ X8 s8 P9 v% {. a            return node
    ; D, t2 q" O0 U        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2 F; U, p/ t! r
                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
    ( [* T5 X- z. M0 s7 @; ], h" k            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    & J  E, z) {8 q                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]9 a# _/ [2 s1 n2 ~- c  ]/ i
                    self.tree = node5 i. v7 Y1 o/ R4 q

    ' T; H6 y( `- y' Y            # 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$ [/ _. n8 Q* y; e3 F, @
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)1 e% u% M/ P3 i! w1 c$ M' {
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"+ n# g; G6 g& z; l3 c5 y
    4 D/ [( k# v3 H8 J
                return node
    / h& C* {* \5 `, P6 ]3 _- V% h8 k        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    ! |. o  o' y! u/ l( @5 z, R            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值4 |. d/ `8 B! ]6 \; n
                best_feature_index = -1
    ) d+ o2 b4 |; T# j5 c            for i in range(len(train_set.feature_names)):2 ?0 |  m. n8 T; N7 N
                    if train_set.feature_names == best_feature:; b2 ^) ~8 b2 N( l2 |. s7 N) @
                        best_feature_index = i3 Q2 s/ Z' D8 ]$ K. k& Z
                        break
    4 L1 C8 _! Q0 x: U  @+ _" x
    , T3 w  [3 Y, J/ I7 z+ A: ^9 c            node = dt_node(best_feature)& m- `* @) j) ^* K* ]
                node.vote_most = vote_most(train_set)3 U; h/ M3 z+ N# _- R6 H: W! I
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    : e. I; K, G2 p3 J                self.tree = node
    : R2 l' H$ l& e4 M                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    3 D( B4 H8 Z1 i3 X. T+ G                for i in range(len(train_set.target)):) z: }7 d! S- v" v% n' f1 d
                        if train_set.target not in self.color_dir:
    ( X3 v5 P% N; z  |& [  h                        global color_i
      P# o! K, v, I3 W" I                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    4 N) H. L3 A; m6 e4 @6 A5 I                        color_i += 1
    * I& _% J5 M4 Z- N* I                        color_i %= len(color_set)$ z8 E0 Y: m) [7 I
    : g) W9 z. W! y4 }- N9 u' D
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    & M5 u0 v8 z1 h3 _) [/ {0 h- [            for t in train_set.data:
    8 D/ L7 q$ ?) q- ^4 l! `$ V                if t[best_feature_index] not in feature_range:1 J/ }% X- j$ Q' _# `2 [: l5 D
                        feature_range.append(t[best_feature_index])4 t4 H: {  Y) d; [/ k' E
    ! \" n8 T+ K2 }" p
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    ) W# X% r5 w0 V' A. N$ G            node_content = "属性:" + node.feature_name( @/ c+ j) W- ~3 Q
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    # R9 [* G- r8 y2 D$ `9 f
    " H" ~  n, I6 `            for feature_value in feature_range:
    1 O, O" d' V9 a                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集) ^: B, a+ m2 ~5 u; R; m
                    node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点# K0 X# U% A  X0 H
                    if node.child[feature_value] == None:) K# O4 V1 k8 ]+ B; l& h, x! s
                        # 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1 h% J. T. o" m9 y6 N
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)4 N  f& I! `+ [9 a
                    node.child[feature_value].parent = node( l; B6 A( L0 b0 s
    : |" I' N2 m, u$ `3 H7 \
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    1 F+ ?# w9 q! k5 _' V                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"" b! g; F2 ?  E' |8 j
    7 y" o4 s! o& T
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)$ \; |- X; n  Y1 w
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
      a9 w( V! ^4 ?5 L4 {4 P            # for feature_value in feature_range:1 l* O0 C2 Z0 R) v$ W
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)$ l# M4 p* a  ?' J$ L: S* y
                return node
    ; V3 U- v/ g9 s% c, k+ L& V/ [( g+ q
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    ( s2 f! I8 F, z- A1 s    def predict(self, test_set):; ~$ E9 h6 s* E, m. V8 e* x
            test_result = []
    ( S: w2 g2 o# z* }) \        for test in test_set.data:
    # G" X# b& f5 D+ \& i1 N, X            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    9 L) }: P  D2 m+ h4 G8 Q! o' T            while node.target_value == None:9 d5 q1 ?& H7 W3 t5 ^
                    feature_name_index = -14 v5 U& y, u% ~
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):
    7 W! \- U9 \8 \5 e! r) o                    if test_set.feature_names == node.feature_name:! O) z* D1 ~8 h
                            feature_name_index = i* m8 _9 s  b3 S0 O: o3 m- {
                            break3 d8 {5 z9 v" _4 i8 A4 r
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():% i( v0 Q  b- U8 m
                        break9 i% Q$ o- c7 Y3 n$ l
                    else:  O7 m, x) A( t: H9 h
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    " y) {& J' g% V; Q' n
    % F3 }9 R' D4 {  W/ O% H. w            if node.target_value == None:
    & r. x" }. f- F/ k  e( _8 I' a                test_result.append(node.vote_most)' C' J9 m" Y# I$ B* 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$ P9 ^3 k- Z+ P7 h5 s/ D! X
                    test_result.append(node.target_value): t+ k6 u( v6 A5 z8 }

    $ ]/ S% ^8 i* R. l, _( r        return test_result
    6 i0 W: h8 i: t9 r3 e
    & B* q6 }/ K5 o: v$ u: }0 B" N    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    : a6 @4 \# r8 T: t" I    def show_tree(self, path="demo.png"):
    8 V" `4 b1 E. ~- `! G2 m        map = self.map_str + "}"
    , O' ^2 W2 E# J* z# q* ~7 M9 `        print(map)
    ) q7 g2 M: u6 v, {  c/ Y        graph = pdp.graph_from_dot_data(map). X9 \0 n: {8 |; `+ F9 C$ ~
            graph.write_png(path)
    % s3 m/ j6 }5 p$ m1 \
    $ h3 N% ?9 {6 B. t8 N3 R" w& N# 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
    5 E3 ]) o, n" ^  o& G& \: H! I0 C. @def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    9 B: N* Y  b+ @3 ?. G+ m3 \$ M$ m2 n; i. C    c = dataset
    ; ]4 y( B0 |1 E2 k: _    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    9 l, G5 R7 c. @6 n* G$ g# o& ~4 }2 @    rates = []
    4 d0 ^' z! T5 U4 ^6 Z( d# i, f( \( v/ ?    for train_num in r:
    . Y' @) x7 _6 S/ A$ l        print(train_num)
    + }8 K$ e4 k' p        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])  q: i2 [( N! J9 |1 S9 P) _6 h
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    " ?2 d5 L; p9 G4 u) A5 i! Z/ K5 q( L. }        dt = dt_tree()
    # b1 E# o6 o" S' ^        dt.fit(train_set)" g/ j. V$ a% l  [1 q$ Y
            rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    - v2 x. u- O: N8 k  ^, [7 S4 U: m( P) Z7 U
        print(rates)
    - P5 o4 i5 P/ U1 ^% D    plt.plot(r, rates)
    " K: J8 ]$ Y- v! a$ N' U/ f; Q/ h" d0 s    plt.ylabel(label)6 Z5 f" y8 t  g  ^7 T
        plt.show()
    5 v3 \# z; F1 j) L" @4 {4 a0 F9 r. K: R  `4 G3 p
    if __name__ == '__main__':; e' l3 V7 w+ m

    % K" Y: _9 L( g4 }1 b9 t  j    c = load_car()  # 载入汽车数据集
    ' D# U/ w4 G' h( F& j6 a    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    2 s# I  T- `" V, ~# \    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    " Q! ^7 P" _& O, x$ ^    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])* k9 D; n; C' }9 B+ k  ]; P
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    3 A3 x1 i8 }5 A' V& i  i2 z- |  B' C# O6 u4 X/ f1 B( Y
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型1 i( Q7 p: e! T+ v! ]
        dt.fit(train_set)  # 训练, s* k# Q9 p. g5 f. S
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    + n; \) X8 C: ^: ^! R    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧! |4 B1 Q# K; V5 G% ?, f5 V& S) t
    ' t. A6 \$ G! h8 s& J
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")7 x/ w& k# v1 ^0 B" y
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)" r6 p: [& ^0 d! B$ c' x8 u
    " L+ }* N  B+ L  S1 i5 N$ [6 R) z

    * w9 Y' K" V( c5 M+ ?* L/ A+ T
    1
    , V0 E, A, E) m9 R2
    3 K% z4 }9 q$ [; U' Q" I" ?, u" g3
      B4 s% R6 H* P& r: k: Z& i4
    ! ^: I  s# l3 \6 b( D; c: F5! n/ |* \+ o9 [" R! v/ e
    6
    0 z0 \$ v8 R3 m6 g: z& E  |# s- `7+ c# l0 R3 m/ O) L1 D" l+ d, t5 X4 |
    86 C  U" A; T0 C# a( A; ~* v3 c
    9  E% N5 E! F0 m( y. C+ P
    10
    7 |6 H2 ^" N/ X" n5 X/ h# E; B11( y8 T; L, e3 q( o: M
    12
    2 t( W: ^3 m: r+ `13
    6 h& M$ E# j+ @% K+ b14  [/ G: U  p$ e/ x' i7 ~, n# ~2 }
    15& [; S! u! J: l4 F7 `' S0 \7 f9 C3 U
    16# u+ V6 E: \' t" k+ [, k' K
    17/ z2 G" B# s  N/ n: l( [
    18) c5 ]8 R8 l' _. S* k( [5 r
    19% f4 I5 g) M) ^. b) m% i
    20+ B- `# T8 o% D
    212 w( ^5 m9 z. A# s
    22
    ' [# Z2 v& u. B" O* O! w7 o23) D% w3 k* d' D0 z4 p' O7 H/ a% n- J
    24
    & q7 m/ `; z, |) W25
      |. {3 g! Q0 |4 o9 J26
    - F; n6 N5 g0 O. [( d5 g- H8 @' ^274 u- s  I! T/ c9 x
    28
    ( E8 t. u2 J' t& G, s$ m29
    : n0 o6 z' O+ ^" ]1 _3 v5 _30! _2 M# ]. i1 M- y8 w$ S# h
    31$ A3 ~4 l8 h0 m8 p7 q
    32' p- D3 L8 S' S5 M* ~' M
    33
    , P% T& U- z# f0 W& R8 z34
    - K$ E8 b) u2 Q3 q/ I1 k$ _35* l; K7 }  R- e
    36% J0 w0 f% @  B1 A' b4 a3 [) n9 V8 e
    37: }. K( S1 d( ^% j9 M* O
    38
    5 o/ q0 M- w% y+ G390 `+ R+ s& U" ]1 [9 \/ l
    40
    ) @+ z2 ~7 j5 L7 p5 H( V+ \41
    , b: Z, |: u, F7 F% G7 p42% g' m# F" @2 s! `
    43
    , A9 m% w) M3 Y- ~8 e$ `# i2 q! a* m44
    ' z" u$ E0 [3 J* Z& i45
    ) P& u# M. ?) T/ h46
      D: d3 I/ ^, t7 E, t$ _47
    2 f9 D# i8 ?; \1 H) R+ G5 K48
    1 h3 J! o1 w9 c! @' `49; b4 y' p% h3 b7 K( {: ~6 b6 S, R
    50+ V! \6 e3 |; m
    51
    ( c. j; P7 i" W/ I$ M/ o9 H52
    ; z4 U( u0 t- j- _8 @" `( p1 X53
    4 b0 K, O/ Q5 O3 {0 W54* y8 G$ U/ ?+ ]( F
    55
    . r( n7 H- f" y+ I7 w( J+ ?, Z0 C56+ W% Q$ J1 l: j6 Q( b
    57% P1 @# f$ p/ S- f) u6 i
    580 i& @) @+ k! {- T8 F/ x
    590 f% Q) O, R; x( O7 }& O2 o
    60% O- ~9 A! |. H2 I2 o5 a, f
    61
    , l' x4 x( [5 b* H6 K+ P62
    ' N4 P9 o0 Z. }# V; P) B) R" {63. G7 U9 M# z6 e' j( y
    64) t9 M% j% `* }# r" p
    65- j+ D- E! ~" K( L% @
    66
    " V; |. \; ~8 o67* B/ F- x& d0 _, }5 L! l( Q- R
    682 |7 r! g5 g0 E: v, o& Y
    69
    + j' t! u* Q! b6 |, I- ~70/ E! E6 [7 X! v& Z  Z5 L, X) X0 }
    71
    * u6 U8 W0 X0 T. {( D72; G4 w0 z4 x% N/ H
    732 X& @9 p$ A$ D3 u4 e5 y
    74
    7 w1 F0 {: n& d* p8 T75" X% D( U) S4 X. b- F: B9 s: k
    76
    9 N3 I: Z+ p4 @! J( H77
    9 T8 M+ }- c0 U- ^* b78
    : f: C( v  ^7 J6 X/ c79! ^: _! b$ K+ w4 i' k
    80$ b  H  \5 [6 s3 ~1 |
    81
    $ ?2 g# }* L) h% i* G82
    3 L7 b4 N# \# y; E4 ~/ \  t831 `. e0 ?" T  A! {9 v
    84
    9 q. h" v. F7 V+ ?85
    & Z! S2 N& R% m86
    0 }5 l+ i' x3 V0 L3 _; K. a87
    ; u6 P1 n: n! K" B+ u; p88% y  D1 y. }9 m
    89: W. P# c  J; [4 l
    90
    * K6 b4 _- }$ M# ?* \9 \91
    ! D& L3 ]4 L$ O% I; ~92. L) j- e, d: G
    93
    ( Z1 W2 T5 q8 a( [' c94
    5 W8 A& w8 s; I+ Z95
    5 h, [+ k# m; q- j& ~0 d) `4 |. t96
    / Z+ ~5 u4 X) d& X' {; G4 J97# v. K4 t4 ?4 V$ ^2 t0 }6 Z
    989 \6 k/ z/ U; Q& r: t6 h0 O
    99$ o! Q- o- o8 Z' d
    100
    3 c3 }+ t. @. o' [1 S/ F# C; E' F' C101/ \+ v7 ^# Y" T
    102" r% e+ u/ ]0 a4 T
    103
    9 H6 I3 @; J! p: C* B9 {104, y1 ~. r  i; o" t8 d% Q) F
    105/ T% E1 [! U5 B1 A! g2 j, k
    106
    / M5 S" z6 N$ F9 y  Z9 P107- @3 R& B  ^4 k9 _8 w' Q
    108) d8 E5 V6 [! X9 ?+ q4 {. a# P
    109
    1 a# R$ X" `2 ^) Q110/ L: ]6 _5 @; \
    111
    & d  n% H2 `4 s112
    , q8 T/ u( ^+ t/ j( k113. d  p; N0 K" p- {& E& z
    114
    - p& w2 c4 ?% F7 j115
    2 p& @* e* _$ v- X' G9 H& [4 W116
    % A) `# Z" P6 X4 p117
    : y% u  W& h' j2 d# G1184 n( h/ ]9 t2 m4 r
    119
    : F9 P. E& c: d3 M0 w1 u" n7 S120
    $ j- @2 [7 m+ |; @5 k1213 @/ E1 z8 R  h- J. B1 A0 g
    122
    $ C; @) Q" J+ X5 b- B123
    2 d. ]) I- B# D( X! X* ^1247 X- k: ~9 a9 J+ X1 F7 \
    125
    + B- n/ s$ f1 E7 N3 y; V- H126
    1 Q2 a# x; ^6 d2 n) W3 E8 d/ m127
    4 a7 |0 g) D8 a. e128( p- H5 ]3 I; A" P! V2 f
    129
    6 R: y, s' L3 V/ \& T130" ~2 j; e. N  J: ~- }
    1319 l; O3 C4 b6 J6 N2 f+ y4 h
    132
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