基于Python实现的决策树模型 y6 G% l. O. I$ m 4 Y% C, w% N4 L# e" i8 H1 j决策树模型: T9 ]8 U4 D& t) H
目录4 q2 R( T) ]& p3 V p, Q, A
人工智能第五次实验报告 1) F8 ?: K p1 p6 z2 p, [8 z
决策树模型 1 5 L8 ]) C( @; @6 _1 d, t一 、问题背景 1 # u6 V; |: l. F, t. d, J1.1 监督学习简介 1 : p! j) d- f F0 l+ I1.2 决策树简介 14 \) r/ g$ t% j( k2 } A* ]
二 、程序说明 3$ Q" w8 @ z, f* D
2.1 数据载入 3" j, e( k/ \ L. w* O* I$ N. l) [
2.2 功能函数 3 , p& }" S0 T" L- T7 b2.3 决策树模型 4 * j9 T1 ~% Y$ c3 v! C( n8 G三 、程序测试 53 E7 e8 J% r* q/ h
3.1 数据集说明 5 : i/ q! y. j3 I3 V* q3.2 决策树生成和测试 6 + Z) \$ d' V( o2 s2 c: v( ?. E% E3.3 学习曲线评估算法精度 7 ) u! y2 C! h2 a9 I! }0 y' `0 w; A四 、实验总结 8 6 |5 L+ K0 L# Y5 r* Q; m附 录 - 程序代码 8 7 Q1 _- s# U% q% r J/ Y一 、问题背景4 v! F* x" s* D( j! s- {0 z( d
1.1监督学习简介 6 D( @' _+ ~8 A$ j' F8 n. {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。 9 `) W2 L3 I: i% f8 a4 B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。 & a3 B, f; t+ M1 ?4 g0 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。 / {) M' x4 ^2 X7 A1.2决策树简介 , N$ I0 F" U }4 W2 c$ E+ G4 c" m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。; q6 u% G9 F/ ?5 N; `% d/ M
决策树的组成 ! `* ]4 G4 w/ {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。 " j# y/ {0 I: V) D: q6 s7 c. F; I( r6 o! x' R5 c1 q
import numpy as np6 ?4 @" j/ @* Q" j8 n# K
from matplotlib import pyplot as plt + |2 T) G1 M Pfrom math import log 4 z% T l; _. w& i+ q3 B3 m0 ]- bimport pandas as pd/ d G" L4 c( y- @; t( w4 q
import pydotplus as pdp ! `" `3 G: U( L 2 Z2 Z' A' S% ^, j+ w: R7 `""" 0 z/ k/ [8 s/ [ s: s19335286 郑有为 # M: i# L7 w* A l2 w2 k3 J6 D人工智能作业 - 实现ID3决策树$ L& l9 A# |( e0 P# c- p) ~" o
""" - L. {1 F7 S l7 b2 J# V6 F. r) C% f: ~0 J8 i: D& s
nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID+ ]% C. g1 G4 ] l) K3 _( }% m
color_i = 0# V# _$ B5 w' H5 Y/ m' \
# 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+ `9 A3 T& O3 e6 Q' z0 t# A# h+ w
color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"] 3 V# `% \" M" W 8 f5 ?5 d: n5 R1 A* N8 o0 p# ~# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买 / P5 p% h7 q) K `class load_car: / A" K4 K4 G" t1 ]+ J; J # 在表格中,最后一列是分类结果7 ?2 h. O% a$ m4 Q6 X7 X" N2 U
# feature_names: 属性名列表5 V" J+ t/ f/ D0 J5 z' u/ P
# target_names: 标签(分类)名; Q1 h! { T2 w/ r, V) r+ `8 \
# 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 % D* Y3 b; I3 ~ i9 C1 C # target: 目标分类值列表! Q/ p% B) @( [; s
def __init__(self): 9 _5 a- U- h0 t9 n df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')! B" G& S! G' |
labels = df.columns.values 5 h% o3 f) N( M/ d4 [7 I data_array = np.array(df[1:]) 7 Y8 v) i) E2 l% P4 b7 H. C0 s1 G self.feature_names = labels[0:-1] c3 w' \8 F9 M; ?) t4 l
self.target_names = labels[-1] " u9 S/ l- U' ?* U7 p self.data = data_array[0:,0:-1]5 P: T+ ?5 L; ]
self.target = data_array[0:,-1]+ N' f- a2 s) H% S x9 q! M* E9 u
8 @. `! @/ b; ` B# n4 Z
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒9 o% P2 F3 [7 q- `! s& U, I
class load_mushroom:+ B6 c8 [2 Q: z4 |. F. s
# 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.% V, D5 P" J' Q/ t7 P
# feature_names: 属性名列表 + K" `' V+ U. \- r; C" {8 n # target_names: 标签(分类)名# d& M& x& U4 b9 n# a7 Y& ]. v
# 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 ! X8 }/ N) u9 l& a: T" H' ]/ |! w # target: 目标分类值列表" o6 w0 M3 a. K7 f
def __init__(self): 3 ]+ B1 t0 M* g; _8 E; @' g5 r df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data') 2 w! `0 R' Q @; ^: ~ data_array = np.array(df) * J4 i; ~5 w" j3 H labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment", 6 @6 R; n/ y3 L. h7 u6 O5 g "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring", 8 z. [1 ]9 ^5 \) @; t/ J "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",% \ X: |% r) ?. t: C n
"veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]4 \. z! ^3 \7 o: Z
self.feature_names = labels[1:] 0 _0 _1 d; [% U v& Q4 B. a- U! f self.target_names = labels[0]- m, X- O L* h8 P4 h: z/ U
self.data = data_array[0:,1:]: `! }+ |2 q! t& w2 b
self.target = data_array[0:,0] ) ^/ q+ N9 f! B* {* e. [5 ^/ E# H - [* o! P- Y+ s- W0 \# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用 $ f- s' m7 O' P# K" n+ Vclass new_dataset: ; U+ o/ D3 u" T, j0 @; k% u3 F # feature_names: 属性名列表 8 z8 O7 H$ {" G% f # target_names: 标签(分类)名" s) G2 U0 y$ l! X V
# 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 7 s$ x6 L6 j2 k1 ~3 f( m3 R5 p # target: 目标分类值列表 " D# A* |5 V$ H% e def __init__(self, f_n, t_n, d, t):1 P% v$ }* A& `2 c
self.feature_names = f_n% y& M0 I3 X& z q. i& z5 c6 C
self.target_names = t_n% r; \4 H7 ?' e8 B" F i: [
self.data = d* w1 B3 F% v! @ N' p/ B$ y7 ~5 H
self.target = t6 t a, u) V2 S9 J6 t; }, A) B
" E8 ?$ K9 Z' t+ \! Y8 _7 D# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$' g# C# ^5 j) D- J2 x, e) V0 f
# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率1 q9 }5 z- e3 o; C% A9 v) Q B
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵9 n5 `+ O4 R; u" X
def get_h(target): " S3 F* x4 X1 ?$ W3 I target_count = {} * m9 p! x: o/ C! W# q6 o for i in range(len(target)): 4 V6 \, b9 z" U& H1 @ label = target ) ]* X% _6 L( g$ S if label not in target_count.keys():+ X7 v4 d# y. l3 M" L4 z6 r% [
target_count[label] = 1.0 $ @. K9 x! n, C, Z1 @( o \ else: : {: e2 A7 k. _$ D0 ~( C3 j target_count[label] += 1.0 " G3 Y/ S9 O4 H% G7 \6 {' Z h = 0.0+ v4 `3 C$ U( v$ i
for k in target_count: % M( p" i0 G$ r/ p# u% b p = target_count[k] / len(target)3 F c% a4 i0 V4 I+ I8 Z
h -= p * log(p, 2) 9 M: A2 Y2 D1 y6 Q return h : G- L" v% h- [7 r6 o! F5 F& I5 v9 R1 e1 M( P) g. F& x( \
# 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_value2 g% u3 q& H8 b. x( J. X3 D
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列 5 j4 N+ w$ S5 k/ ydef get_subset(dataset, feature_name, feature_value): . L5 ^5 C, ?( Z9 ?: o5 ?# L* q sub_data = [] u6 ~$ {9 g- a. |6 E$ W; t: r; r5 d
sub_target = [] 5 M, x& ]3 x$ I f_index = -1- W9 F. K* E K) O
for i in range(len(dataset.feature_names)): 5 K8 G$ S8 Y/ y# {; t if dataset.feature_names == feature_name: 3 P8 ]. w) r% y f_index = i0 _' J \- C, d. ?7 G
break : s' I, o# |" ?2 }1 N# R% d4 Z$ i9 Q 9 y5 m; U! ~) Q) D4 E/ r# \ for i in range(len(dataset.data)): " t/ x, ~5 `. l if dataset.data[f_index] == feature_value:* ^3 U( R- { [5 T8 P
l = list(dataset.data[:f_index]) 1 |$ l/ @& p; ` l.extend(dataset.data[f_index+1:])6 f& h! }: p: l; Y8 l) @9 R
sub_data.append(l)4 Z) t" t$ ?9 ?; c. g/ b
sub_target.append(dataset.target)* v" {: s! d/ |7 H- }' C
; m% _8 U1 A; w' U7 A6 S
sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])) G% C( o) B3 R
sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:]) . |9 C- g3 g6 `2 q: Y V return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target) 0 p) q8 _# ^% b. x. H1 D7 t; {0 q0 k9 W% S! y5 j* h1 G7 O( L8 k6 A
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分% ~9 o) r) q% a, U) q/ Z3 J( [
# 信息收益值划分该数据集前后的熵减. h/ H$ z% H6 t; U1 W
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$. F4 g/ L9 q& t8 j
def best_spilt(dataset): . W" ]/ X f' U0 v9 e* k 1 O3 k# m* z$ h; g# Q+ m5 g base_h = get_h(dataset.target) ! B5 d3 m! B$ z1 X best_gain = 0.0 4 @$ k4 `# S5 U0 l best_feature = None7 T7 z9 I4 D7 N" q$ l4 q# y0 o# o) K y
for i in range(len(dataset.feature_names)):4 B3 ?+ O# H9 j1 P- [, n9 n' K
feature_range = [] 8 A9 Z6 k3 V7 v9 k" Z1 {- i& H& d for j in range(len(dataset.data)): 6 B- W' { e2 n if dataset.data[j] not in feature_range: ! ]" t: V' c, S* }$ p feature_range.append(dataset.data[j])1 y& c7 [/ s7 F; s9 k3 L
: i) o* n/ L' H spilt_h = 0.0 & V) Q: O$ R, x" t for feature_value in feature_range: 0 O* s& f5 N. V subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value) & u6 s5 u+ u# ?/ v1 G8 }! V spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target) . i3 I- G2 {' F* P3 Q ( a) O: O. m9 p" o if best_gain <= base_h - spilt_h:9 ]1 `- j9 F/ g3 u8 T
best_gain = base_h - spilt_h 4 H1 A' W% c, h; `; Z( U2 O- E1 p" Z best_feature = dataset.feature_names ! k6 ]" e' t5 H+ j# ?; |! x* K9 _ 9 \$ d$ i' e+ `) k return best_feature 4 r; I, |" n4 \& G) L' r6 a' z! N1 h: z9 ^$ C
# 返回数据集中一个数据最可能的标签/ r0 K, g2 L& _+ E
def vote_most(dataset):. r7 J) q2 K6 ?# v3 `+ s
target_range = {} 7 g/ H7 T u2 p: W best_target = None. O- }* m* V" K
best_vote = 0& P- I4 W1 t) r7 P; `1 ?
0 G4 J5 |- y: P2 W1 ^ for t in dataset.target:# Z$ b& l0 s% |% g7 `1 [% z
if t not in target_range.keys():( {2 r& Z9 s' ~5 D3 A3 m
target_range[t] = 1 0 a, m0 |3 h4 _% i else:. D" Z2 m" c% W4 u! f- d+ M
target_range[t] += 18 r, ^0 I# K* M
1 m/ q- h: a, Y6 z, _ u! I; V! `
for t in target_range.keys():# v- o. s) Z+ A& C
if target_range[t] > best_vote:8 Y" W, @0 v B4 ^
best_vote = target_range[t]0 Q- v4 Y3 e. T; I
best_target = t1 I" O, i, G# q. x, X
6 J- q# u; g: V* `3 a3 P" Z5 C+ ~ return best_target6 ^8 u5 [& O+ b3 x+ g* e
' t1 W3 C8 P- u
# 返回测试的正确率" E9 q9 k3 g8 a2 v9 p, w* C
# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表 # ?6 A9 i* e6 x N1 z8 Xdef accuracy_rate(predict_result, target_result):) V( _7 P( |( c j8 l. n
# print("Predict Result: ", predict_result) * j) Y/ M1 m! |: v B" C/ a # print("Target Result: ", target_result)4 b- W. I/ q1 I' \+ R1 S6 ~: F
accuracy_score = 0 9 ^/ }) _! S3 o8 J$ F) p8 @ for i in range(len(predict_result)):; {3 } L# l3 c. T8 e1 k$ e
if predict_result == target_result: 2 C4 d1 c8 G, W# S! d accuracy_score += 1 3 H( W. X; x$ w) b, { return accuracy_score / len(predict_result)! a' ~( W K4 I( Y8 [& v( ?
) T) p3 U2 l/ [; Q" [& f/ Q) ~# 决策树的节点结构9 Y# o; g+ `- {, I, n8 N0 I6 |
class dt_node:) F9 j5 p1 }' T% ?8 q) ]1 s
4 r5 o4 n0 Z" |+ y def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):, h5 u; F/ c$ X$ G; C; ~. U
global nonce' W' I( X H; `$ X+ I' W1 J& x: ^
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图 8 ~- K1 Z4 w" x. A5 l+ V0 D) I nonce += 1 $ ~0 ?0 R$ c: d; S self.feature_name = None% C. |7 s/ i) b4 Y
self.target_value = None- g" E) ]2 F; O8 Q G \8 t
self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签 & B- h. J; Y# e9 M1 _0 X3 g. c if not is_leaf:# y/ g9 R2 z) w! M* r6 r8 ^( C
self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名 0 ]0 _4 r" j+ Z, l8 d2 w: l4 ~: n else:* a6 F- c4 ?/ @& X. `5 n
self.target_value = content # 叶子节点的标签 $ n- e7 i6 d- x( N& p3 Q& Y( K% c6 ?/ o
self.parent = parent1 a- {& o. o4 Y; C) D0 U
self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值+ M1 b) j; s. Q/ \5 H
6 x8 D; n. y" v* _# d# 决策树模型 . p7 I& R# K# d% K1 g! Rclass dt_tree: 4 z$ b, Q3 \0 {7 q- c6 |- i+ P8 I9 ^ ( P/ O2 h5 A/ `3 r+ d1 X; Y def __init__(self): 9 Q9 m8 [. v [3 z: u self.tree = None # 决策树的根节点 / O' Z6 E$ `# d self.map_str = """ 0 V3 E$ X+ J X+ `! Y digraph demo{ - }, p X5 w- b1 \7 I! O node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];& ~- O( ^8 |0 E' R& g) E
edge [fontname="Microsoft YaHei"];6 U5 h" b1 ^9 H% ^6 s, a. l
""" # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构 # m, p; W7 K" Z/ P* d self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值 ! N S9 E1 F/ a6 R& F+ Q/ l% d; @+ u2 ?
# 训练模型, train_set: 训练集9 w/ Y, k; K5 \5 ^3 z
def fit(self, train_set): , @& ~$ z) w/ L 6 \4 t u" l1 l2 p 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 + C/ J) h9 F0 g return None4 H6 A9 U7 X* C! M2 P% z
( ?" G0 a) v2 g0 G- H target_all_same = True % p: X5 Z; l7 z! V2 U for i in train_set.target:% C. K3 _9 E: [8 ~8 l
if i != train_set.target[0]:4 Z% Z" \) r$ L/ Y9 j: W+ ]
target_all_same = False0 R; t) _7 b# ]6 h8 C
break# W# C( X9 b n. L5 J9 O
6 Z A3 b2 z, }+ R 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! P4 G3 m) w* k
node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True) ; L# ~9 m" w& R3 A8 r; S if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点: ]0 `% a6 u# R `- t; q5 S& h
self.tree = node & i5 o0 r8 y: r9 t& D, H$ \& S) O% U4 v% m+ _, t$ N% X+ Q! G
# 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 1 c0 O/ m6 l( U$ P# L6 E node_content = "标签:" + str(node.target_value)- ^8 J) P: e1 _8 j% u `. n. ]
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"+ e( I0 S+ j2 Y* {3 ~
. b5 `- F, `, o K return node / D: |( ]1 i0 K( U2 H 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7 y. t2 U. s9 X8 `, A/ W
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2 m. B/ n3 R/ z4 p/ z
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点. Y$ m- A+ W+ G/ E1 U
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0] * L) V- z! k& T( N/ K$ Z9 z7 Z9 C self.tree = node 4 B0 _! l7 }0 b! S. }9 w) F9 d ' |! w, a6 k8 ?* 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/ P% ~; y9 ^% n$ C" v* D
node_content = "标签:" + str(node.target_value) " |; f7 K/ d* D( y- y C self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"$ |# M0 @+ M7 f! |8 W7 x) j3 F
1 k3 I. y0 o) \7 p- i return node 6 |: A* Y; {/ D- z$ H/ ?: n/ K else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点 2 f+ e: g! Y* G) j+ V best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值6 r6 x4 J0 |! p }7 X7 u
best_feature_index = -1 $ u1 |( f6 `7 [1 ]1 R, A8 V* E. Y for i in range(len(train_set.feature_names)):% S0 I( e1 ?, f
if train_set.feature_names == best_feature:6 z# I2 ^) W. K3 Z% ` k: w0 Y
best_feature_index = i 2 z8 L8 y0 p" P break; d9 b- }' [. l, @$ ]* I
: T3 ?" V3 H c p$ [# m. D node = dt_node(best_feature)0 C* z, |% H) _% V$ w H
node.vote_most = vote_most(train_set)% q' e* N9 {! Z% ~
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点9 {& O2 j: {+ e$ W @4 J
self.tree = node+ l$ ^+ n4 Y" R. b! \
# 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色 - q4 M# O3 @7 B for i in range(len(train_set.target)): - m6 Q, f7 h k% I0 U' } if train_set.target not in self.color_dir:7 W" O; Z1 S, L$ c7 @
global color_i. T+ ^' ? K, c9 X
self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i] * _8 ~9 Z) J0 d1 c2 V color_i += 1 ) f) N% |+ A" F H) u color_i %= len(color_set)/ c$ o5 u# G# N6 m) e' ~$ R
& m0 W& ?" v8 k' o. v( H3 ]! a
feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值 0 n# }' e& l" J+ _9 ~2 v$ j for t in train_set.data: 2 O+ N# T! L0 A7 z8 R; A4 q if t[best_feature_index] not in feature_range:& J z: I# U, w( H# P: m
feature_range.append(t[best_feature_index]) ! r* o2 ]' F/ K7 B5 x) J * K' z9 v: I0 c7 m # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点- T6 |/ g& F. q8 z8 Q5 [2 y
node_content = "属性:" + node.feature_name' a0 w( U* Y. T1 G! I1 W
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n" ; P* V9 y4 z, ]' |8 C0 [5 C" u. R# Q/ }) z
for feature_value in feature_range:; D: y7 i; s5 p1 I/ k& O% j* @
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集- d0 ?8 _2 R$ s& V8 d# B
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点& `! b4 P) j! ~4 d7 q
if node.child[feature_value] == None:* `; ]) R- O7 w- {
# 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 / g7 k3 l1 C5 ?6 r) x5 r node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)1 _1 m! H6 t! E& W% T! R
node.child[feature_value].parent = node . Z: D; M% @# \" ~$ e % w6 B6 J2 h. r. q# s) X8 r # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线6 {2 X7 S. H0 x4 ^5 N3 N. L3 m1 }
self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n" 7 z; k0 Z/ J/ ~" C3 j \8 @- ?
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names) $ L2 O# C {6 u! B9 Y7 P) L # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range) * C0 V7 j$ v1 V9 f1 v& y+ s9 r # for feature_value in feature_range:0 I: U1 m2 k- J& P4 u* Y. L
# print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)1 ^9 @( @# v) R, {
return node ; U% E) u, w3 ]) {: O) ~3 }" N ~' l% \
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测) U2 ?' j% }5 F/ F
def predict(self, test_set): ' B( S) d9 M/ q" W2 k test_result = []' G2 Y R+ z- v
for test in test_set.data:; H0 a2 B; [8 u9 [
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点 4 K: n# t7 C+ t3 o while node.target_value == None: 4 [5 ` U9 B! t, G) Q7 @ feature_name_index = -10 h9 i* _, m* }) N' K* n& [
for i in range(len(test_set.feature_names)): . E0 v3 |5 j6 B) c, O& O1 z" B& l* c if test_set.feature_names == node.feature_name: ) S" f, D; g* Y+ P feature_name_index = i6 V9 m4 n9 Q1 K( r- L& \6 S
break + ^* M& G8 @; }# y! v if test[feature_name_index] not in node.child.keys():) C+ O% C0 K1 C6 o3 `
break3 e9 _- O6 J( ]1 e2 X5 s0 H+ l
else: 5 K) I3 L5 K- l3 B% W0 ] a6 k& V node = node.child[test[feature_name_index]] , ~6 s T; |" b: q * v: d; k U* z6 q# K0 A$ b c if node.target_value == None: % z( v2 }# u' m/ @4 S$ z) z; y test_result.append(node.vote_most) " e# R1 d7 O$ A* c: u# [5 O6 O 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# e8 {! W; l& {) W% L6 w9 }
test_result.append(node.target_value); H' A* k6 y2 U) u
4 \7 [. M$ I! L2 y6 _
return test_result 1 S7 _+ ] e2 A9 W X$ w+ e& c. a& _/ c
# 输出树, 生成图片, path: 图片的位置 % G, I7 B* a* q* j8 M. G" d4 ?9 s& T2 l def show_tree(self, path="demo.png"):& ]& ]- }2 K9 _
map = self.map_str + "}"/ C& S: C& x+ B9 w! T4 U
print(map) 6 h7 E$ A& J/ _4 ~0 ~ graph = pdp.graph_from_dot_data(map) 9 |) v _* e% i/ N$ y* T, E graph.write_png(path) + x5 c1 U' H5 M' r Z, k0 _( p0 M3 k
# 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! b8 f! B0 s) u" E
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):" u8 ?, }- N) ]/ J% l
c = dataset, |& E+ m5 U4 R% s+ l
r = range(5, len(c.data) - 1, interval) # K1 {: n& ]- l- i& L9 J5 E rates = []. e' I+ g7 l( n- n# D1 i7 P! C; ]
for train_num in r: - R0 i( ?' I3 ?( e! G0 J& Z( C/ x print(train_num)) k' M$ q' x9 L/ k
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num]) + Y2 E" N3 n2 A" P( I! B: V- p test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:]) 6 r8 }- ~% Q! ~ dt = dt_tree()- Y- x' T; v$ n- c, t2 v
dt.fit(train_set)$ M2 T, w3 K& c0 o& F
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) , ?+ `) X! u% p+ F, {' } r$ G* m: a- _ ! G2 j# S0 F3 W) `- P7 b9 j print(rates) - Q( ]: Q# g+ b' \1 X: u$ Y plt.plot(r, rates)9 s7 C7 p. N. p% Q; n4 C! T
plt.ylabel(label) * o2 O) T" ~1 a plt.show() ' j* Q6 W9 q1 X0 B8 f) p/ A ) J( X3 u7 x/ N, Q4 Xif __name__ == '__main__': & R/ V2 B! o; @' B% H' M" b, }" Z1 c# \! r" f# @* Q
c = load_car() # 载入汽车数据集 % v4 U: J7 C3 \7 v # c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集/ @( p4 f2 m& N3 ^& ^- R
train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)/ U4 z$ O9 T, m' w- a
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])8 z/ ^1 `" h7 x' G; Y B
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])- k+ Y7 i# A( h$ H- [
5 k$ }: X, }. F* \/ e1 r dt = dt_tree() # 初始化决策树模型 % ^* R/ i# L% U: Y* r dt.fit(train_set) # 训练 " C9 f( T! p4 \' G) M dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片" Y6 t5 u; f: W2 x' L6 D! o+ v
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧 ( [) _# o, ?' r& j; i3 U5 U) I2 X- H$ }# x8 R
# incremental_train_scale_test(load_car(), "car")( g2 `) h3 _) U: C+ }
# incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20). x" o% w' u8 K
( z* o+ H" v. P M) B3 U6 [3 l
" V/ c" u. W! g * o( M |/ C1 s- |/ @1* x. W; x: A) H" G( C
2 * P( _4 s, [- u# b% \0 _/ E9 v- |3 8 Y( j T3 ?+ C1 D4* K4 _! V5 w% O, t3 C) z+ c' n
59 g2 u, P& r/ p2 Q( R* r
6 ) V9 o2 `# } b! D2 `: g7 . t; w) F& B& R; c* p7 h6 n8 $ _% E) Q* P! o- Z( k9 ' i( q5 F! |0 I6 R105 M) j% Q b, P7 \: v+ h
11 8 E% k- N3 S& D0 V12) E. V9 j9 _# x4 g+ W& R w# r# e
13 8 `, y$ w* W) r146 Z( u. A0 H! V# x7 t
15 : P( e" h. W3 Z* J0 ~. z, |6 t16; O# ]: F% V* }! U1 U- U3 {# v$ L
17 - T. D' X7 V4 @& F. t188 ~% n# v# n$ s* P, [' E
19 j3 }4 B7 M+ W8 ~20% O& ~' q- [1 }% S- B1 g
21& H1 ~ K1 ?4 x0 X# d
22 . S& S8 k- T( X* I23% D5 q) e0 W- O2 v) F
246 r; q3 F! `% y3 T1 u4 K
25 1 M' I6 K8 H& s" {8 `26 1 \( J% X$ V) r! t( Z5 D) W( D8 @27 $ K; k8 B3 w3 x* R/ P6 W28. Z) `! e! a, ?8 X' e2 ~4 D2 g
29! T( B% o: ~1 i6 W* L' ?
30* n1 p8 ?, X, Q
31" q' h+ J" t K/ ^
32 0 w: A( n8 a& [33 B5 q0 U4 l$ R+ O( u; M: t34& _- i$ ]$ Q' C3 g' o2 |) u
35, P- c& `2 |# t0 W* }3 I9 i7 t9 M: L
36 ( e) Q' h9 k0 T% |" W u" v. {' ]+ E379 ~$ D- _5 s X: J, _
38 . d$ O- Q6 F# W0 f, ~4 I39 ! b8 [5 n+ ^2 o0 k1 @# v' ~40 ' B* t* V5 @3 c0 B8 U2 C411 K; [6 [1 \4 t6 N. V/ B+ K" l& h
426 a5 e& S4 z$ C! Z1 L# ^
437 b! f+ t7 P/ I' p1 h1 e- Y8 W# ]
44+ ^# ?8 A3 m$ q) E" ^6 L4 F( ^
45 3 D0 m6 S/ x5 e) X8 P8 R* y& R46 2 l- r6 \* \/ u1 D; ] J474 H" H8 N D$ u1 P' Q
480 q' I' r( w# c, N5 V7 q0 ^
494 V3 Q$ A; g" l; w5 P [
50: P4 t! K; |! k
51 4 e6 v, x' H/ ?% L52 4 m1 L8 ~9 G# t53 . X y5 X! z6 J2 k$ ?& _+ Y/ ~54. |. q/ q1 B4 b0 y7 O: s& [
55 " F5 M8 Q% Z3 g' z4 _8 A56 * V n: a8 K- W& X. ]9 p& o577 Z# V. T4 m, @! M# Q
58 & w" p9 s T: g* V b59+ |5 V% H! ?5 P1 U( p; Z, F4 m
601 J, Z2 g& ?9 p9 p: d9 X
61$ F1 \1 C% c. U: F* W* p
62 " f6 Z6 N+ t& }* ?2 a1 _. ]63 6 q9 |* a# n% W1 V! ^' {64 & d w. r2 C! b8 d# b3 x7 i65+ L# ]7 a' n. x( B. ?; i
66: _; ]1 {. U) B9 \: p" m
679 k0 S# _( X' }3 C
68 6 n! f/ |& Q+ I& g7 {69, v+ P" f. @$ l# @9 M4 t
70 , a7 ~5 s; D0 q$ @71 ' H* \7 }! }% e+ R$ l72 : v. I/ ~% W7 q( A# ?! x73 7 y8 l( d- c& |* |: W6 w74 ) b4 s8 U, D9 C+ c752 }- z2 u. f4 j# F( `
76 ( ?3 u9 W$ l; C/ f. [, {: d" j77+ \: K& Q' d' r7 u) p& i
78 5 @. c3 B; L1 M+ `+ |79+ ^- }6 d9 ~: M
80& G& w$ L9 X6 @' |' z
81/ s5 B' k1 C8 J' n% r2 D
82 7 G) U& z9 P/ }83 * M$ o* q9 t; z! _# K& V84 * r% E1 Z& F1 t8 i852 |1 c/ R4 k9 r5 F# n" j2 P7 ^
865 k1 B0 L2 z' A( E; v' v. b
87" `* v' M+ i% g! f
886 Y; t8 V# z \; o+ z
89 + K6 _: _5 e% F1 e* Z( F90% M9 W, Y7 W% n( I
91$ c1 l+ G: H) ]+ f: b# T
92( E; c+ k* p7 n$ ?9 c; h" s( O$ [: u
93, G& @+ ~8 R, _4 {
94: v$ p3 ?* F, w( o8 ~- B5 M- e/ H
95 # x. u/ i9 U% W1 }! j5 d: Y96: X+ R1 k5 c* V6 k0 [; q- M3 G0 m7 \
97 $ D; n3 l9 U/ {3 `98 % M; m' C9 m, h5 x99+ i/ Q! c/ E5 c ]
100 % z: b" q1 h+ Z101 3 g5 B: v2 {. z& R6 s102 ) m1 D/ R2 ^: p' `. n% W, G103 ! K+ ]: y3 K6 W$ g" a1 z1048 Q* n7 v: j" F
105 + v$ @* y+ {+ F$ I/ L106 2 C& V5 M3 P4 {: [3 [107! J: m! f2 |8 |3 O% ?2 @
108 w6 ^5 q+ c2 z8 F" G+ q2 h
109- V+ W1 f4 U; u, v, y- a, T$ r
110 * X2 m8 _! y7 v: }) y111% b1 X3 h* C$ U8 m1 Z9 i$ A
112 + e' S0 N& z% z& e; Q0 A1131 j4 O0 W+ Q( P* {7 U; ?) a
114 2 S y+ w f7 U8 R! ^7 R. `115( n, @: v$ _9 _
116 2 G- |3 T9 ^- ]/ D* m. R117; b+ P5 Q0 ~) ]! B5 [' j; y
118( L5 C" t" H: g F- A
1196 K9 C n2 q0 I
120 6 A Q# k5 d: t! C& M) q( W/ j121 t- A( K# a1 U# J122 : |4 `8 w3 }; T1236 k7 M3 g4 V$ t1 i5 N, M6 h3 J
124 G6 k' P0 l( @: ~125: S7 `/ A( f6 k7 u8 m$ e. x
126. x9 E$ F5 D4 y' i6 k
127 8 I( l! v8 |* p/ z T9 L( t2 W: {6 A128: ]5 Q' X/ N$ I f
129 $ S: r7 V' E2 H% l130 8 r) U5 A f: y1 O8 m* T1316 Q4 t d7 I9 @- V, A2 s# u
132! p+ _7 i1 S- _5 n
133 $ t( S4 V- w" e0 R# N! I( E1345 `( c, C0 l. p7 e9 ^2 l
135' x* i' b6 ~* W; p. t* M
136 - E7 ^' m5 U1 o- X7 `. O2 K137 ; V2 z# L: E+ _( e; _9 K+ ^138& k( O; ^- c- W7 m: x# ~
139, t& W6 B, f+ Z/ w. i) P( W) Y
140; l7 x/ s4 ]+ [) i7 Z7 B
141 7 Q$ [1 o; K2 A, i142 5 q) J/ t* W# `; K143 6 O: j- E6 F ?- q q. V( e144 ) Z" U1 h& C, \1458 E8 m( j* b* Z1 y
146# M! {1 y$ m6 z/ I' @! B8 I
1471 u8 G1 Y/ t% `- q& j$ v* g
148 7 V3 r% S/ f j) m149 & w- F* v& _$ X' w0 } F150 # q* a! \6 g) A6 Q3 M- h151 0 ~, L! Z, d$ ?: F# I( l3 ^152: v p" R. O d6 m- z: o/ E2 z/ n! E6 d7 i
1531 `1 c* q+ K3 j" V r+ g) i
1541 `- z+ e1 F* `+ N' }
155 ! C+ v- H3 L5 w G156 ( A, i/ w4 I' a0 Z4 c; h157 8 ]* r3 R1 c6 E. Y0 o158 1 M0 o. f: ^) T; o9 \$ s8 p1598 k5 t6 [. k7 E" `* Z9 i1 d
160 + [1 n8 F1 B _! {6 K9 D161% {/ K" h6 |, U3 _ t( |5 T
1625 R8 g( `/ G" O4 G, C
163) f- M% ]: h, A5 Q5 E. i) O R) }* D
164: J, D. e0 \, ]5 t9 u4 _
165 ) c" J$ \) s5 s5 A4 [! Q1667 P& o1 g0 }- ^5 H( K
167& s: m3 L" V. Z( m3 B
168 8 A# J" Y; U7 A% e: _& m9 g g! V169 : r; C3 m+ Q2 r% R H1706 A, H F. q4 o- g; u0 m
171 , I4 v4 n5 h1 S1 _3 C1 ~ D172! U& C' s, t+ b2 p
173 7 y3 [1 S1 K; S( c6 F, a' a8 K+ e174 ) T! ]3 J! O+ S175, H4 `9 T& _4 ^) H% F( I
1764 m% ~- g9 g, t0 @* T% N+ A
177 - G' D9 s$ A7 E0 z. z178 / x" d* E; ?- _1 j. u179 ) {2 f6 }/ C/ e) [* J! [9 f3 F180$ V& M! M2 n/ I& I0 X
181 1 o! n7 I& L& s3 |. Z/ ^182 ; F+ H. t5 O& y: S: P; s5 E183 ! D# x/ q9 ?+ I. o184% m- e$ D: u- a- C' S% m$ \
185 8 x- E* I+ ]- {& p186* J+ k4 r7 B! A: J9 o. R0 R, X; C
187; s0 d5 R8 p1 a3 ` b$ Z8 g
188 + l# ^3 N( @" @: ?8 W8 x189( K( ?1 V. U0 L. j0 @4 ]3 J
190: c4 D; j& }5 _) q9 I
191& W! M" f$ |5 t/ h
192 ' P4 s, q& V5 m193 + ~5 v/ E" y+ \4 C* m1943 |+ d" J; {1 r5 }
195 2 A3 c4 S1 U; e# y' S196+ }+ t5 }) L4 S/ m
197 , b' E$ J9 {: W198 5 @% G$ x4 y) ]: m: D( ^. A+ q& o1994 Z. d& A& |5 e- v8 m& P
200 J/ U9 Z6 E6 V: \1 J$ X201 1 F) C; f& M7 a202 % W. r& M8 z$ a% }: H* L203 4 K, ?/ c1 `1 W% }2040 v% F! Z/ U0 q. M1 i1 m) ?: q3 g9 a/ f
205 : g; ~6 U; x s1 q( X1 B& b206% M! ?2 K& y7 y6 Z8 F
207 9 F# t$ U8 ]' Y& M( j& }2 {208% _& z4 g1 g8 `2 S2 a
209) q# ^$ W0 I" v( R1 t- Z& k
210 - d3 z' C8 `$ A, l( {* j" f211# t6 g: n3 f& N# e0 t: F# s! n
212* n, u, B! y: k. P: W' n
213 5 ^5 L' e: B: c1 q2 `" I2143 r! j% V0 S9 U/ d! x: S
215; k6 v3 \8 C j( \+ N
216 - v, i. n; n( v/ n: j7 `217 0 r8 d( k4 E' |. z1 s4 ]3 p5 I2 G218) L! U4 V. a9 N& e7 U
219 ( P5 d) ]# r. S; Q0 s220: l! Q' e$ o$ V: q& Q
2217 S$ L& Y" \6 S, q
222 ) g9 Q0 g& o8 K223 0 L i/ e& G- x' j, S' L+ Q224 : b. [4 F3 k: Z5 i) s225 7 j' [9 s9 x: f. v; _) J; ]6 |2266 l& p& Y" u1 Q- w: S% y
227/ B0 G; J, t2 X: M7 _
228$ N) @2 J: y9 S
2299 s# {' k1 ]: |3 B
2309 |! _. ~5 a* o
231 . ~- G6 S$ M+ l2322 l4 [9 l3 P( [( u! v# A) M& S: E
233 - m8 Z0 A, O* n* R$ V% h234. ?) z$ z9 i, h ~( b, k
235$ f+ E* t6 W/ ]$ ]
236 7 V1 q. X$ d5 ^- f- X% P" l5 j237 H# f8 j x+ ]( _2383 o* L7 E5 y( X* a
239 8 r G6 O$ A" P. r240( g( {0 Q( h+ {7 l v
2417 V I+ ]2 w5 u4 b/ v3 `4 L; ^
242" }/ H* }: ^- e" U- F* ]
243 , |) T6 n+ G* R7 k' n% ^- {1 k244 * _ [$ f/ @+ c245& a$ t% y/ Z# I" f8 [
2469 @# r T# \9 U3 @( ^0 p5 v
247 5 V9 Z- E6 ]! H6 }: p% c248 D4 H- p# T5 C. ~8 a- ^4 o. x
249) j4 V/ k2 F' I6 m
250 0 B2 L- {8 h3 A, e a6 a251 1 @8 p& G- u7 z" D T2527 K6 t, g- ]2 k* E
253 $ V' {5 [% R0 l254 # k+ J, C& E! v6 a: G% b! ]255, y8 P% }5 K/ f6 \' t) a' M/ m+ l, V
256) F' u* f& Z& @ L1 \
257$ y) X, L. Z, \. I' h" p3 @# ~6 o
258 % R( N0 J R4 J' \! v7 |259 ' t/ v* G! |' J3 _' g0 c% b7 t7 f260 ; z# E( [! C6 N8 \. ?261 . C7 p* P! y; I9 u& U262% r0 j4 C/ d" a$ l2 A# v/ i
2630 w$ |. i9 s C8 |8 K# S
264 8 M K, V% q5 c& r& o) ?265# b$ C f8 a. {" R/ {1 d* u" O
266 ! q3 h2 V- w( e+ f5 `! k267 ( E/ [1 R9 I+ }+ X2 i268 5 ?4 K. R9 V4 G6 w3 L+ Q269& Q8 f, X' I8 e' P! c6 U
270( s/ f) C/ g, u: p7 N
271 2 t1 t& b: e0 i2 v& e# r272' q: G# u ^( u/ X9 p5 C& t4 }8 c% @
2731 U: J. @* V: U, F# @: g" }6 L
274" ~* p$ B: d5 m0 P! C* e
275 4 L. X7 H- {( s. l6 c4 O276 * D( t: }9 b1 U |9 p277& ^7 \: {* t/ T: p# ?, |
278 1 M+ u/ j& A! ?+ N8 U3 j279 1 _6 z' [! w( s' y/ b280. w& y) ]: K' `3 Z1 u6 R3 W
2815 s) a6 q2 W2 b0 E2 a7 _
2827 Q1 ~; C- L: ?( M; r
283 5 X1 t" P6 y& d2 G8 k, g! K# j4 @284/ g& y4 a" r/ W! a' A+ _1 F
285 0 ]! h$ G7 d. ?& d4 X' W" e1 \- z286 # \+ u6 e/ ?5 a& P5 ~2 T, d287; V% p& i. G5 F( o+ P7 I
288( d9 K9 w* h) l1 M( r
289: U! q/ k- i8 K1 c- a
290: V3 i3 n5 ?7 s6 @1 o6 f
2911 k3 q v# L6 R: r! F( T; b0 f& s9 \
292 ; ^7 M0 i3 H, \! p0 a$ @293) \! T+ h0 D0 F, Z- U6 @& J
2947 s8 r& n: a" @% p& Y7 t
295( K( v/ B+ W Z0 Z4 w: O
2968 m; s6 e6 J: s) G9 r9 j
297 ' D: D& U% A7 P+ i' ~4 |2982 q9 d2 B5 I* a) f
299 ) d9 t0 `1 ?; G9 b3005 W, x' m4 F( |$ a' s9 H
301 ! f6 ~" M. ]1 T0 [3021 Y/ Y% f9 ~* c% O
303 T& @. K4 G5 z( @
304 1 `, `2 c/ S6 [% o2 B305 ) y- `6 f; `1 V: q( Y5 L306 0 x) I8 N9 G) Y+ t. i8 X307( w$ y/ ?/ e3 Z' B
308 6 e5 U! K+ v Q, [" l# x. a309) e9 o( f+ Q7 E+ h" k+ e
310. F7 C8 p/ q) y/ _/ [7 t% D- M
3118 V. V! S4 A$ r+ |. h7 K' b" u4 f
312 ( j0 @) Q2 r) E7 W3 `313 7 ^3 J: Q7 R+ y" ]3 f- Z5 {/ f0 U314 Q4 |4 F7 g$ n% S- h0 i; q& y
315' L8 a5 a/ s* z. \& d6 X+ e6 q, R
316% L0 h6 B! t! Q- A# ?# D( d
3171 f4 U+ i* _4 I' f
3188 X3 t% i9 `" \. V2 n n; e
319- R7 n# r7 |# e$ a
320 0 h& ~' ?& x( k; {: g321! [4 ?' Z4 x5 r- N' f6 L
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