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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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    开心
    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 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    基于Python实现的决策树模型0 c7 X  L& }5 B' T% t

    * G* z/ E7 `& `7 A9 L决策树模型
    9 S! }/ c4 l* Q4 Z% ~1 Y目录
    ( {2 ~6 m5 U6 n' O3 k; {人工智能第五次实验报告 1
    ! g: K  J0 n% V' i: ^# h8 Y7 ^决策树模型 1
    ; r+ T, T- E7 Z5 a+ B. D一 、问题背景 1/ _  q; e0 k1 C$ u9 s8 w6 L/ ]
    1.1 监督学习简介 13 u0 T! h. t6 F2 A
    1.2 决策树简介 15 c5 Y5 A: j8 ?7 S
    二 、程序说明 3
    . w9 }! |' \( ]7 n2.1 数据载入 3
    , c$ A9 {6 G1 Y, K% q6 c$ V9 a5 O2.2 功能函数 3- P& F3 w: t$ i9 T7 c* a; z
    2.3 决策树模型 4+ _) Z! d$ E' \3 ?  e3 j" q$ e9 y
    三 、程序测试 52 g9 D4 C  [/ C+ b
    3.1 数据集说明 5
    1 l' v& ?6 a$ R3.2 决策树生成和测试 6
      v( `' N4 |  C  b3 _3.3 学习曲线评估算法精度 7
    5 ~- A6 X+ j: U3 g4 f) |/ R四 、实验总结 8% }+ ?$ f" S; E, n1 z1 R
    附 录 - 程序代码 8
    ! P4 V/ o& t5 B4 s' M+ E一 、问题背景/ R) }: W/ v" C! b8 L4 t
    1.1监督学习简介1 y; |1 R1 M* R4 v6 f
    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。; b7 ^3 {  j1 r) P, f# y5 O
    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。! S* Z' w3 A2 t2 Y- ?3 p* @8 M' I
    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。7 ~& n0 x# K# G4 ~9 A
    1.2决策树简介8 g& w' D  m, t4 I9 `' D- C
    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。
    + j) D+ o4 r7 K决策树的组成
    * Y/ I) o8 _2 [/ `; ^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。
    * {9 G' w0 _0 Y) E8 J2 O
    5 J. L( N7 N! w% ?+ I! w4 m! h, J1 qimport numpy as np* t! ]" l6 a# O6 L$ C, c! A
    from matplotlib import pyplot as plt6 a- `5 g! @) G2 Z/ E( {$ W* e/ K3 N& e
    from math import log8 o: \& |" ?: u: y9 v
    import pandas as pd1 E6 H) J4 I2 r) s
    import pydotplus as pdp
    * B3 I9 I( ^" F* `( Q8 U+ x/ S% x9 }, n" L* F2 Z
    """
    % r! P2 G) `# Y. {8 B19335286 郑有为
    " F4 |; P' _+ D+ F1 x人工智能作业 - 实现ID3决策树* W6 r7 U  t1 t( j1 y
    """
    6 T; `5 s4 P: I1 E7 e$ `
    ) U: N: y; Y6 k  L9 pnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID( o# r; e! o2 g; o' z/ }6 G7 F3 g* t
    color_i = 0
      J" v2 q! G9 k' 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
    % S4 u! G% Z6 g# @* j, v  g5 Rcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]3 u" U  m( s$ G6 n; d: A! f

    & ~7 A' _5 H, R, b% P9 D1 A) i# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买9 ^+ e2 r+ h& T
    class load_car:
    ; o+ |. o  x* S! S- I  j    # 在表格中,最后一列是分类结果
    $ g3 y- H, n7 L  \% A    # feature_names: 属性名列表
    - I0 B- z( A& s) r2 L7 l: ]    # target_names: 标签(分类)名" c2 k: O" B, y1 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: r# U. [5 S/ f* {9 n" Y5 c# }
        # target: 目标分类值列表
    % g( u4 J, j0 f* {    def __init__(self):$ ]; ]- s  ?8 ~3 g- o: H- S/ f& x
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')7 l7 A/ s( T' |$ D  b. b; n% s! h* |
            labels = df.columns.values
    " y% p0 H# V$ l, p2 C        data_array = np.array(df[1:])# r3 f9 `9 _% q* d# ^
            self.feature_names = labels[0:-1]
    , B0 ?6 S9 a' T+ P8 t0 q: ~        self.target_names = labels[-1]! k# w4 ^: E2 N$ z+ o% A) w
            self.data = data_array[0:,0:-1]/ G( l7 \) u" ~' y
            self.target = data_array[0:,-1]" h0 `, M" e. r2 B* y  y6 `: G

    $ _6 p0 w# u5 \1 e* `7 ^8 d" ^6 y0 [# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒6 }: l; o1 M9 [( z2 i
    class load_mushroom:
    4 l) x$ i+ D2 b    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    - Q1 N0 E4 ~. j0 v+ c  f    # feature_names: 属性名列表% i% O2 Y  I, c
        # target_names: 标签(分类)名3 j$ Y- ]/ L) R8 T7 D  l4 [
        # 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
    ! }' p* r; X% f    # target: 目标分类值列表3 r: R- |9 W9 g1 j& X
        def __init__(self):+ M/ D1 D" k. W$ T3 b! o3 z0 y9 r
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')/ w, }  {7 o; b# p  X
            data_array = np.array(df)* \* K% Z# V- R+ i2 ]# p9 D% y
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",) q7 j) a9 q2 g( x  z* X# C. ]! Q
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    7 O$ g- R+ R2 o9 R                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
      u+ h1 E: r/ w! [1 B                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]! X$ }9 t0 ^* y7 k4 u- b
            self.feature_names = labels[1:]$ Z+ e; V& k9 g( U5 Q
            self.target_names = labels[0]
    & `# n2 K5 ]$ g        self.data = data_array[0:,1:]1 v) t5 ^6 H6 }1 T6 ^* {
            self.target = data_array[0:,0]6 ]; V! }9 ]2 R+ ]7 Q$ P

    : h; m0 G! s. v# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
    + Y) [5 K  ?3 a0 Jclass new_dataset:% k2 T# G7 I* h. }$ R
        # feature_names: 属性名列表
    - r2 P+ Y3 a- o5 c    # target_names: 标签(分类)名' @: t) y4 S4 @& e+ a
        # 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
    9 U& @) J$ p1 Y6 ]6 W% [- ^    # target: 目标分类值列表
    % O4 Q. z; T8 I/ H+ p    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):+ X, _) A" K& y1 r! H& H7 U
            self.feature_names = f_n9 y9 v+ I3 K7 I1 R, K# c. ~$ ^5 I
            self.target_names = t_n
    / Y: t  O$ C# \6 _3 O1 ]: o( l        self.data = d. C. }7 e+ |. s# M: H0 f3 ^
            self.target = t
    , \* Y. M4 u! o' v# _& ]# H. q1 l% D0 f5 @* x# X: H
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    * O- }4 [2 q: c$ L; m5 ?#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    & J* @" G) h7 a  [# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    ( Y& h( b: I2 v8 {- j# `$ P/ udef get_h(target):
    & I4 N8 P9 n& T, A/ s$ |    target_count = {}
    8 L2 s8 I; L$ M    for i in range(len(target)):# b3 i, z8 R2 _" u) @# I
            label = target
    + E- H+ c/ ^* i' t        if label not in target_count.keys():
    6 S0 R, K% m! |* l            target_count[label] = 1.0; C4 B. P+ q6 Y
            else:7 e3 l9 w5 h: ]" J
                target_count[label] += 1.08 F- s3 x5 }0 }; F( T
        h = 0.0& a- U4 T6 m1 v5 O; X3 {
        for k in target_count:
    6 p$ C# t& w( ]- t2 }1 A/ ]        p = target_count[k] / len(target)
    $ ~5 E- R6 _5 Y0 Q; u0 K, q        h -= p * log(p, 2)
    1 p, h1 Y: G  N4 I5 @* Y    return h
    7 `1 X9 i6 \: \3 P$ G# Z/ S7 i. Z# }$ [7 m( o  }: W( O$ r0 g
    # 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' c0 J" K  v$ ~) c! Y
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列/ {8 f  S3 l1 _2 W1 @$ {: X/ |1 C
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    / v# u9 t+ L$ E4 v; k# I    sub_data = []
    3 m' E2 u+ V) I  B    sub_target = []' _! H" [+ f% N* k, N1 i
        f_index = -1
    % S1 G( ~7 W% Z& C" p0 s. o: j# V# ~+ X    for i in range(len(dataset.feature_names)):2 x$ D% e) _- `( O' o7 {2 Q
            if dataset.feature_names == feature_name:
    ' i8 q9 Q  x3 s- g8 {            f_index = i) H( i% }+ ^1 ]" y6 u9 A; m! L
                break
    ) p( \. D) q) Y3 c. s% Z7 c! \; Z1 F, J
        for i in range(len(dataset.data)):
    5 g9 v  O8 V/ ]2 d4 u+ @6 y' W        if dataset.data[f_index] == feature_value:( \* X! n4 x( c' R  ~& d, z
                l = list(dataset.data[:f_index])
    7 d( e& p' i7 U3 g8 d' @2 R            l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    ) B& h! E* z/ e! F5 A; I            sub_data.append(l)
    3 W  S5 F- N# y- _3 E            sub_target.append(dataset.target)
      s+ ?3 m2 V4 Y  W3 b
    4 m) K5 {0 [: m; Z* l& a+ T. M    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])4 `- }% N# a6 m- P' V
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])3 \: u' T! Z) I( f. n* j
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    ! @5 q0 d7 ?. o. P" y) \0 h" p5 @& r" ?' E+ o
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    0 _% e* Y1 R( D, T1 R" f* k7 Q. @# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    - Z4 T% {- l- v6 y# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$6 L4 G$ r4 M9 |. M
    def best_spilt(dataset):) F# ?* V0 [9 a* I1 \# o4 y
    ' F8 ]+ o) Y% [5 G' I3 k) a
        base_h = get_h(dataset.target)
    % {7 S" d' a& ?% x" M( w  W    best_gain = 0.0
    ! ]+ A9 @; S7 ?3 D0 ~4 Z    best_feature = None! w* d& x; g# h5 g1 i
        for i in range(len(dataset.feature_names)):2 l5 Z5 ^" [. L- i" v/ b' v
            feature_range = []: o) _5 y" G0 y9 x9 d' l  }
            for j in range(len(dataset.data)):
    + Y: ]& ~5 d: Y- j1 ~/ Z            if dataset.data[j] not in feature_range:0 V" i2 B  Q8 O% E! s' j2 a
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    ! W. {2 x1 m, |3 L6 _+ a, u, C' V: g; E9 h. S& r4 n
            spilt_h = 0.0. N+ ?# }7 j* F4 @6 C' b
            for feature_value in feature_range:5 I. ~# Z: @; z4 q* ^
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    0 Y4 j' K1 e! \  N            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)$ ]/ W: W5 Z+ r! a+ H' H6 |
    4 Y. L' w( z" N8 H
            if best_gain <= base_h - spilt_h:3 L7 V. Z! f% y* ?1 S8 n! n6 z
                best_gain = base_h - spilt_h
    ) M; _9 P) r6 o2 ~            best_feature = dataset.feature_names
    , u7 X# m9 ]  ?& L% w8 V( l7 u, E5 ^+ K
        return best_feature! V0 c7 d( g. ^8 i/ N; _" Y, J

    & }: n/ ^  F9 |5 e; S  A) e1 J# 返回数据集中一个数据最可能的标签  o. Z9 q* ~* V6 j
    def vote_most(dataset):
    2 C8 O' v' h* B    target_range = {}
    - w; @; a/ R& W    best_target = None% ~0 H1 F7 W6 @  {
        best_vote = 0# z; y5 E" K& e: W- M" ^/ ]1 R

    ( l1 N8 J! Q4 {+ `& ^    for t in dataset.target:
    * C" C1 ]- g$ p3 g: [! K        if t not in target_range.keys():; c) o' G( _1 S
                target_range[t] = 1
    $ F5 x3 a/ G( ~: r* u4 }        else:% P3 G1 `' R4 X: p! Y% Y8 N! e
                target_range[t] += 1
    - ~, V5 B! }0 ^: I3 ]% \4 d! m! m- E+ W$ ]5 F: z+ t
        for t in target_range.keys():/ z$ K, i% s1 S
            if target_range[t] > best_vote:: S+ C# [2 L& n' u6 [& @' @! ?
                best_vote = target_range[t]
    ) _8 c$ @" j' a; b' r            best_target = t
    ; h0 i4 ?5 n* k+ d) |: j( {
    1 ^4 O! K3 `3 G, F2 f    return best_target" r' V- h$ E- m0 M
    $ ~- E% J6 U7 J6 F# ~  Z
    # 返回测试的正确率
    , O6 h! C# y' E) u0 ?# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表+ W: T5 n* Y5 ?1 ?% y
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    0 G! z0 o0 e1 w" y; c8 {    # print("Predict Result: ", predict_result)1 t4 J/ u# i# Q9 y* B7 \
        # print("Target Result:  ", target_result)% `! }3 Q( ?5 {9 P' c. Y2 A( |
        accuracy_score = 0/ {  K& ], d: ~2 N0 F# h. E/ d
        for i in range(len(predict_result)):" G' O3 K" P$ I
            if predict_result == target_result:
    7 w1 z5 z0 J5 ~8 T) b" C( |4 Y! ~            accuracy_score += 1
    % {) s8 o+ f6 P/ e1 Z    return accuracy_score / len(predict_result)
    ' ]1 s' H- t# V. N1 i& n( D; f8 r
    ) ]3 I0 d9 f: |3 a# 决策树的节点结构
    5 d* q2 d0 e- y& f# u4 Aclass dt_node:
    ' J/ o6 E4 l) Z/ g
    8 b$ R! v! C) D, Q* w+ o+ `8 z2 T) U    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):, [" }% S" p  E5 u
            global nonce
    ; G% X! Q& _/ t1 ^        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图9 T+ G( i, B" h9 H
            nonce += 1: ^+ }0 t" t! D
            self.feature_name = None
    $ V+ Z) |9 F" o" X3 x; r) y; P        self.target_value = None
    0 W) [+ V, X5 `; U        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签+ Q  W$ w; U: z4 v# ~/ }
            if not is_leaf:
    & o/ u( N$ S: }            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
    % w" A+ }2 Y  H+ W3 ?        else:' c1 _7 F' V* `$ c9 P/ I/ s+ T# ~1 i
                self.target_value = content # 叶子节点的标签
    8 j' ?9 q' W* F* Z$ v5 |* o! \+ D$ n/ A  M. `
            self.parent = parent% b6 x5 t2 p: _
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值- S# G& {+ d+ u0 h6 i$ m) [
    9 ~3 D0 @; Y4 p' b  f
    # 决策树模型
    + R# y$ O  C# x$ t( @" a. dclass dt_tree:
    * \; K; H/ K+ C+ |. R# K$ h7 b" \3 V' B
        def __init__(self):  {; p1 n; Q$ R* A. `, Y4 q
            self.tree = None # 决策树的根节点
    7 H) c* J( `3 S2 [        self.map_str = """
    * i- K% ~  c; h) g2 a/ [            digraph demo{, G9 ?9 z! {! k0 {  p! w$ @
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];; X+ c5 _' A7 n  O0 }( ]
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];" M5 K# W) O2 _0 a
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    3 W% Z. h# o; ~" U' ?  V        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值  a5 t: x& u6 t1 M

    : ]8 n  u  j0 Y+ l- ^. _    # 训练模型, train_set: 训练集$ @) v1 R4 a& @# d4 b1 Z' t) T
        def fit(self, train_set):
    # h7 z6 x/ O7 H2 N/ q4 N4 c$ F" \& I3 Z3 n! I
            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+ t; W3 K* ?- R  _0 F; T
                return None
    5 B% ~# Z5 ?/ V/ Z- t, m/ w6 _4 o7 K% P1 H  ~
            target_all_same = True: l7 `" `; g8 K2 q' a
            for i in train_set.target:7 |! A* S0 \) P: x, s3 E
                if i != train_set.target[0]:9 P  ]: Y0 T3 y! M3 t
                    target_all_same = False
    0 h2 E3 F9 b3 i9 O# b                break6 x. I: G1 ]+ U0 b" z) J

    , L$ A+ I# B7 a% q/ o- Y        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- ]8 Z' k; ?0 ^) y6 W
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    $ h% U! X6 Z! }  u1 Q' G1 g; P! m            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点$ C9 V/ x* C* @/ F
                    self.tree = node, H( J" q" i; R

    / C6 h- \& W1 {9 o6 m& b            # 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& \5 W( f& Y% x5 g' L. n
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    , ~  y3 s( k1 }2 @7 w$ ~3 a            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    . [+ n1 ~0 g- C9 J* ]2 X
    0 L7 {) \" b, y5 e, B            return node
    , |  E7 {& p5 i! v4 l6 c0 j& C/ x        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
    # v/ ?$ o# j! J6 D/ I            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
    3 O0 Z! N2 K3 a3 S8 k; l, _            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点0 E& _/ C0 C* q; L4 V9 U4 \
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    . o1 H3 k1 M, Z5 Z4 n9 y                self.tree = node
    $ P8 v4 \: e; O9 Z3 a, i8 }
    ; r4 A, N# ?! i. I3 [            # 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8 L8 ~  x: ~3 G
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)) R# {) l2 Z. h; Z% |
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"" ?! D. w* J* u
    1 Y" @: Z: s. x* e8 S
                return node
    6 N( p: {1 s  S# o, U        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    - E3 l- S/ |, c' q# k            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    ' ]( M  r9 U1 s: A+ z% }            best_feature_index = -1+ [* {" {6 B# h# \6 _2 f
                for i in range(len(train_set.feature_names)):4 `) S; m2 {3 e- B
                    if train_set.feature_names == best_feature:
    2 `5 s4 M. d  q% }! U                    best_feature_index = i! S7 O" _% ~' {) \" y
                        break% }" i' ]! j" T; s/ b

    ! V2 b& ^7 u, L  f% V            node = dt_node(best_feature)
    2 f; G+ K' F- W1 {1 ^6 p            node.vote_most = vote_most(train_set)" t+ C3 a% G. N$ N/ s
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点: J; ]1 E, }5 }7 ^) ?  M
                    self.tree = node
    8 g$ P! u5 K' k8 _6 f2 B5 |                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    4 `' c2 M1 S, {. k                for i in range(len(train_set.target)):. y  \; G/ d% s, U) G% k
                        if train_set.target not in self.color_dir:
    $ G3 }) R. {) r, u( t                        global color_i
      J! ?$ l7 W" l5 t4 l- i! Y# \& G+ g                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    # U( A5 A/ ?" M' m                        color_i += 1
    2 f) H6 q, l8 ~$ v, j" n( J$ l                        color_i %= len(color_set)
    : U5 m7 X3 g2 p  n9 b6 L0 G- l0 h2 t9 r; ?4 {. z( B7 x
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值6 O7 ^4 J* y3 j" S
                for t in train_set.data:
    3 E4 m* g6 |0 |, I# t                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    4 y. b# S5 e- N" k0 u6 |                    feature_range.append(t[best_feature_index])
    * J" O4 H/ P) c8 V$ J  b
    ! ?! P* N; D' O1 J- Q4 \! u- g4 @            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    : v+ ?8 e% ?, I            node_content = "属性:" + node.feature_name
    3 h: Y6 Q$ h( O5 ~( D8 T            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    6 D/ Q5 `) l, f0 A
    0 X# E* G! x9 A$ c9 A. |            for feature_value in feature_range:
    * D5 A& k6 s! c) `: D2 ~/ a                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    $ ^& C: M, H  f5 B  |# c                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点( E9 U# D4 q) O8 Y, f
                    if node.child[feature_value] == None:
    ) b( z, g. ^% T" F                    # 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
    ' Q4 |* j7 _! l+ i                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    & K! M+ G% p, ^$ h, p  }2 L3 w- D5 J                node.child[feature_value].parent = node! U/ _3 w* k. _( m8 ?
    8 {, W! N" w, b# _) M
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线1 G: y2 A3 c, E8 t% X
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"  z  s$ a; \7 H2 \- ]1 e5 `# L
      _& J& W9 E7 P' R9 K* t/ g% A; L
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    , b+ [2 ]" k; V8 b! z            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)3 L0 b8 S. C5 s5 R' L
                # for feature_value in feature_range:
    # [2 B, f! @: o% O. u            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)$ P6 N+ v: P; |2 ~9 n
                return node$ \- z/ Y, v# Q8 q
    4 \& a5 h. u5 t0 M: }. m
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测" {3 P" W5 C% W! b3 ~
        def predict(self, test_set):4 {+ g* U+ [& ^* w' K0 ^/ K
            test_result = []
    . }* N6 `! Y" U0 \  m        for test in test_set.data:
    + B) g1 ?) ?: ~7 ?9 }* Q1 u            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    6 H6 s- m) r3 S, [6 L            while node.target_value == None:
    # q: p4 p4 I# z+ D0 n                feature_name_index = -16 g2 {& y( g. R, a  M6 r  b: f7 M5 t
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):
    / E1 K+ O5 N1 M                    if test_set.feature_names == node.feature_name:1 p& s6 h2 G* P
                            feature_name_index = i% V* z) }0 f% a0 k+ S: a3 u
                            break
    8 X1 n/ z& x: h" Z& Y2 X6 d                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    ' G) B* U$ o- i( d# Q0 d9 H                    break
    $ ]2 _( x8 w" Y                else:
    , s* p' u1 s9 |; r4 j6 f/ X                    node = node.child[test[feature_name_index]]3 X3 _( R) O  ]6 q

    5 S; o; r) c) U  z5 J* F            if node.target_value == None:4 c# `2 O, C. B1 @8 ^1 e  \7 X  d! R
                    test_result.append(node.vote_most)
    3 d% j9 Y# ]+ n$ h            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
    2 B, v; a% H+ Z, ~8 B                test_result.append(node.target_value)- T! T* n1 i$ j4 ^9 D

    7 }7 @8 ?/ `0 _; G5 i- O6 D        return test_result* ]& B2 Y. E% ?, V3 a" u$ M
    - N! L2 k3 O5 r7 v5 R  y9 A
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置5 ?$ [% V/ g% S- Z& U4 r
        def show_tree(self, path="demo.png"):
    5 D1 ^# W# [2 V5 n2 q        map = self.map_str + "}"
      V$ V8 {, N' |. c# b        print(map)+ O0 O, U- u! A1 b( b
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)6 l8 i% k) X( }3 I  g, Z
            graph.write_png(path)
    5 C- y2 w) j) @+ S9 K! y. ]! ?" E; L& T5 v  |0 D
    # 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* z* _1 H$ s. W: S
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    , R7 X  G& J, \6 r. N& X/ b    c = dataset
    7 T1 Y  `: Y( \  N5 H6 v3 M8 }    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)$ s" j! Y7 L/ ~
        rates = []1 _3 C  l3 q7 n% x
        for train_num in r:# i! ]5 d( M) ~
            print(train_num)
    8 d; y# z6 }8 o: Q: a        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])4 p6 _+ t8 H% J, Q6 L* R
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    : V- Q% Z$ P6 O6 k        dt = dt_tree()
    . _; N- [( [( q        dt.fit(train_set)
    / B, B+ f7 \+ S+ U9 Y* W6 E        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    2 ]7 M0 u- A( \) ^( O+ h4 k, \  v+ |
        print(rates)
    - C7 @, P0 F! C, h5 \4 w+ q9 H    plt.plot(r, rates)
    $ x  F: w' ?0 |& {1 W, Y9 l3 w2 J    plt.ylabel(label)9 s% _4 U6 E- ~3 g) d5 r2 b
        plt.show(); `3 b" F/ T, ~/ K& I( C5 p! c
    ' V6 D8 }, v- x- x7 z: @! i
    if __name__ == '__main__':
    4 {5 ?' T6 l; ?% J! H+ i8 b$ H( I- o( q/ u
        c = load_car()  # 载入汽车数据集% o; m3 l9 o. H8 W" b
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集* s" O6 F/ R5 B4 e0 J
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)$ q5 M8 |9 F7 w2 u+ e3 U: s
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    5 E+ M* B. x  L    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    : H( R& F- X/ \# e6 V6 }
    $ m" O3 J2 v' w$ F    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    5 r! Z5 A8 Q5 z    dt.fit(train_set)  # 训练' |2 W) n  A5 D7 m, l1 m# P( s
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片+ {% n5 h% @- g/ t
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧9 Z5 J" F3 J% c; Q4 v

    ! _* C0 C8 Y  w9 q5 m2 [* Q    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
    : ]" g. }1 r$ Y7 E( |7 {    # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)! J; s' x! S$ I* o7 s9 J  m8 y& z7 L
    ) z: I1 n# `# J+ ]+ }1 m

    ! u! T; V, b% D  O3 V' ], ~4 I# V
    1
    2 i- |3 m8 H0 k/ ]* y: e# l. V2
    5 g. }' v3 M- W, ^$ ]3# L) y! H. C$ L4 _  I4 G
    4( ?7 Z, V! A: p- S  G* l
    5
    7 D+ {  i+ `% R% U; K2 J6
    ) P$ ^# c+ l. G; A; ^7
    . V- U/ x$ q! q# h! R/ Y8# i3 F  b" s9 {  S- ]" Q
    9% Q3 M! p  r) ]6 i/ {* z
    10
    2 x  D0 J" a3 {9 N" V0 M( n; w3 B  f11' z8 P1 m$ c' j2 A$ s
    129 w  C% \) Z5 _) O4 x; H3 B( [4 `
    13( _* k% ?) f& z  @3 U4 c# I
    14
    3 m) g" H5 p' y1 r15
    " C% x- @9 R" V( [0 z' ]16
    5 M6 Y$ k; X) N; S17. h% a* q. X8 ^8 b. H
    18
    % r+ f0 U) h2 j2 B3 X- \9 H& Q19
    # O# N4 i8 U0 `+ B8 T201 d3 e1 p, k2 `9 c
    21
    ! l: J0 |, Z% S# ]/ t22; D) m" |# A1 a$ T
    238 Y2 Q1 x6 I5 _) {' G7 }4 d
    24
    2 @/ I5 J, k' O: A25
    ! N% Z+ Y5 A7 Q, ~26
    " e, U6 D" X7 v! |7 j3 i* w* A27  X+ R) ?, p1 x0 n' p! r$ b
    28) l6 M8 x7 ^. ]
    29% N" o7 @# i7 q5 s: i( B) a, g7 D
    30" r4 T( q0 w( y* s$ Q
    31+ l  W/ y7 n7 w& D
    322 \% z% K: q8 S" ]6 E
    33, R) S$ N8 j( N
    34: d2 U6 `6 s2 I5 U
    35% q* f7 Y* j9 {
    36
    8 l2 B+ }3 Z# z0 _5 P37( t/ T" X  f0 ]$ V0 K: ~. l* N1 h, O
    38
    ; ^9 V2 y% c3 ~$ e39
    * W  S8 H  t( G2 b40
    % g- |7 @; z6 ~0 q3 w+ s) G41
    ! Y* T# ?2 Q! P: |" l" y1 k! H42; X1 R; q/ X# e0 Y# k
    43
    + @5 s) N0 ^) v9 s+ `& r  @44+ e4 g4 S3 T# u" y7 r% X8 q2 [
    45- u$ }4 A9 a( ^+ U3 m
    46) f6 ]* z3 ]& L, U( I" R
    47% H: q, G# F' q) s/ [; Y1 O: \
    48& k* Q* u% _, V8 l- X5 G, O: L0 S
    49. F, ]1 z. E# I. E2 w
    50
    6 f3 }* e4 e6 X' v) E9 O% |51
      p7 T8 h. L0 D2 l52/ K2 F- I( R7 o6 _$ o, G7 V* `) |
    53! c4 B0 L5 A9 b. x( x+ J+ N
    548 G3 f4 ~/ w2 T$ J) q
    55$ @" r* J- F- h
    56
    , A! l. Q, P# G2 N2 _57- C" i* |3 F$ ]6 G) m8 T* @2 {
    58
    - @9 o4 q/ W, K+ W# d+ m59% ]" I+ R/ M% x1 ?
    60! U8 Y7 M# Z) ?& R
    61
    6 O+ L" q! x9 K# N3 o( R1 ?8 o62  N6 Z" M: ^6 }* h. r3 z. U
    63) U! y4 F4 t. R8 G# b. ?
    64) {- J) p  e6 v, |' N" T2 a
    65
    . l, M, N& @9 F0 y7 O/ R/ h. Z66  f+ U- O3 g* ?) g
    67
    5 S$ t" ^. @' D0 Y; p3 S9 M68
    4 A% r) X& g1 s) Y8 A* Q69% D2 N, G+ q( P" c8 f
    70  ^7 ?$ F+ k5 C0 I. m
    71, h! y6 }2 _$ k
    72
    ) W% O$ }8 e; M! ^: r: J8 O' t4 H73
    3 i! ^& ~6 ]: E8 s$ Q74* k( a& z. H- v/ e  O
    759 P7 V# N2 D3 W
    76
    1 f) e) C  L) l$ D1 k( z77
    . H# S. |6 z* F# `+ C787 g% N7 p  J1 u
    79* F. y  f' i. [0 v
    80. _; f: j9 N# R
    814 A+ s" r8 u$ M7 g% Y
    82* X% b8 `8 N( s& R5 c3 Q4 F
    83* I. n6 S1 I/ F
    84
    9 P9 n* i0 @% E  R0 X. \1 \85( y! ?( D3 l0 y# j/ G6 x: D
    86& F, Q, l+ d, W6 w! {7 G: K( j
    87- g" M/ t4 a6 j% B/ M
    88
    3 i- ]' J! u7 P7 ]0 c9 e897 Z9 l  ], q' Y3 z
    90
    % b; R' X* V! ]4 m915 D0 v' L+ X- q  [6 G0 b3 i
    92& n" H, s" u1 `# b- Q1 Y3 A& `4 |
    934 Y2 l9 a0 ~) {: A: ~& G: e9 B
    94$ ?- {7 b: Y+ e6 M/ g9 x4 J0 F
    95
    5 J* T4 c/ s5 Y1 S( ~7 ]- {9 P7 u96$ y( Z& |0 B( C7 q
    97/ K1 y8 ^* ]! ^- n/ W- X
    98
    " ^1 v1 A: z3 l4 _99
    . m& N5 G% Y/ {/ v- C* X1 \2 Z100
    * P( W  I: v2 s3 X. H101
    8 p7 M6 n0 T! i  Q1 g: ~8 r102, N+ p3 y6 m, y1 v1 ?
    1034 x% ]7 h4 W" g; E" `0 [
    104  r0 D1 y4 Y1 [( A" J0 i
    105$ n! k) q3 G. y
    106
    5 b. I& i0 W6 s4 U) B* {7 n: D; h9 v107
    . Z, R# u5 e) L+ l108
    $ {* O' h! G. |& v% j0 R  M' A1096 ~! s' Y3 S6 r0 R8 e3 w% X
    110
      z2 y% C, G9 S3 w* ~7 l111( e, I: K/ y/ D  h) S" R
    112
    : m* f- h- \! Q' H/ R0 ~: A1135 `! u6 Q1 m% _7 @8 _* V0 g
    114
    " y: i1 f" O6 _3 U6 T- V. P  x115
    ; _; |6 c2 o6 b4 ?9 v" G$ {5 o1167 M, t: T. u, N) l
    117  y3 t, W* Y9 N8 D4 Z. U
    118
    + e( ]. @+ M' N6 X119
    4 ^# Z- n0 E" o120% t7 }- B" g+ W( B- k
    1214 g+ d* V% F! D6 |  ~) g. Z
    122! }! e( J3 h6 r2 }, T) F, o
    123
    ( _$ L& q! b* Q* }  o% F. E9 o124; r1 n( f  a! J1 g
    125, H4 b* o9 n: Z3 i6 K
    126
    - ~- Z/ o$ e- X' P/ f127
    . X& j4 B- Z' c# i; t4 s128
    + `  i/ C7 h5 L' S5 l1298 [' o8 S" q2 |+ ^& V
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