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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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  • TA的每日心情
    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! A: b. c7 R, N5 `- X$ I" ^
    - r- [# O8 u3 }
    决策树模型
    7 K$ l' _5 z; T4 o% J; Q目录2 A( _6 }7 p6 K+ L3 i, `5 R. s" ]
    人工智能第五次实验报告 1
    4 o# p* b5 l5 {* u1 [决策树模型 1
      X' u1 z& G' d一 、问题背景 1% ^* }6 ]* w* k2 a5 J  q$ P
    1.1 监督学习简介 1
    % A; r- w& ], h1.2 决策树简介 1+ T: Z: d" b+ {$ }' E
    二 、程序说明 30 }. c5 |9 t1 T  {0 f3 W
    2.1 数据载入 3
    8 t) W. _2 |% R$ j2.2 功能函数 32 t4 K8 {1 J6 @) K
    2.3 决策树模型 4
    9 F( A5 n! m: B  |/ o) y6 ~% w三 、程序测试 5
    # b0 L3 g' y) E6 D  u# p3.1 数据集说明 5
    4 y- G& F, V. U/ t  {3.2 决策树生成和测试 62 `" E# G- }. n) K' [2 E8 D5 k
    3.3 学习曲线评估算法精度 7
    $ o3 W' _# n; F$ E1 ^' l" G" Y四 、实验总结 8, ^' j; K0 B" P0 H7 c
    附 录 - 程序代码 8: L, k- w4 N5 L# R2 W+ u
    一 、问题背景
    5 g+ N0 a! ~: E) d" Q1.1监督学习简介
    5 c/ H( h( k; I3 a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。8 `8 n+ Z9 F4 T. K1 G5 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。) K* r0 z2 \2 _( m+ _1 O9 N. k
    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。
    5 h/ h% A3 Z. m/ S2 \1.2决策树简介
    - @" A+ D6 |2 c( R+ X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。$ Q- w3 G& g' X) Q
    决策树的组成) W" Y4 |& f4 P2 T
    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。
    0 k0 x* a0 l' r; n/ t% v" B6 x. ?, R5 p& _( Q" v2 L* M
    import numpy as np' d4 V/ [- e, ?& O6 M" `" \
    from matplotlib import pyplot as plt
    6 b- N) [5 k4 H3 ^; c5 [from math import log3 \" s0 c' @! }! a9 E5 {6 z* g0 P
    import pandas as pd4 ?0 G2 V  D" h: y# l4 r& @$ }- X
    import pydotplus as pdp, w+ q" J& [3 v1 x- _; s# I( W$ `9 [
    + D. p, n- ?8 S- R3 r9 P
    """! [! `5 }7 d2 t. D
    19335286 郑有为
    # \; E4 Z" \( b人工智能作业 - 实现ID3决策树, U$ ^6 }5 r: F3 `' p( v. U7 r7 A# Q
    """
    $ Z! s3 N% r+ l( J/ H3 v; Y) J: K
    " y5 Q2 p$ v. [- K) H9 K2 vnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    , L7 y0 D4 e, |+ ^: |7 ucolor_i = 0
    " @/ v; I2 y/ e+ k6 a5 P0 d" 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/ f  d  M: b: C7 a# z% U% g- \
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]) O5 X4 c2 d1 i' q0 y( r

    - M; R8 r, x: B5 L$ d# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    ) `7 i. f) E5 q7 h4 ^. Mclass load_car:
    6 B" G6 I8 K# V) m3 o5 N" Y    # 在表格中,最后一列是分类结果$ Y0 M* j: U& S: j5 d
        # feature_names: 属性名列表
    , |  M/ d: @* |3 P7 U    # target_names: 标签(分类)名
    . n" j! A- V1 {5 k: Y    # 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
    ( k  R. Z: @1 _    # target: 目标分类值列表
    9 g$ `7 b# M2 [' H+ b" w    def __init__(self):8 ^) |9 i) Z$ T' m0 p- {
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    $ g2 a2 g' Z! [        labels = df.columns.values
    8 w; g" g1 N2 ~0 g0 {9 T        data_array = np.array(df[1:])( \) c+ G4 n8 }6 G3 w6 Q6 m
            self.feature_names = labels[0:-1]4 Y- d0 T) U7 e5 T: v6 X0 x9 X- b
            self.target_names = labels[-1]& C1 p+ n& d1 z1 l5 b; r- i
            self.data = data_array[0:,0:-1]: Z- \2 X/ z! e. j6 W
            self.target = data_array[0:,-1]) n* ^* p* T6 h

    7 n! O! Z7 W- _# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    3 [0 k+ n( S8 j8 x9 O+ j& dclass load_mushroom:7 R9 Y3 v+ G1 c/ F) }" R- U" i
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    % z* D2 e9 n. V: v, y3 \  }3 J    # feature_names: 属性名列表. {( E7 g3 E% D2 {* ?9 s
        # target_names: 标签(分类)名
    ! r( C" e+ H* b) `# B% d, R  Q4 q    # 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  `. [) H. z* X, f" i# p! |
        # target: 目标分类值列表6 ?- `! w3 l  L' q3 o+ n  m
        def __init__(self):8 |  \+ q5 k& ^0 ^0 j6 ?
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    : A3 Z: t& A) E5 i! @2 b, X7 ~        data_array = np.array(df)
    6 z7 U, b  k% c" o: n3 y        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",. m3 L* c6 P$ B% p, H& z, t
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",# b( b7 W; K. {0 V. \3 G0 t
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",- ~7 ]0 D) ]- `
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    1 l9 X0 \3 S5 `% x4 d7 t7 A* g        self.feature_names = labels[1:]
    8 k2 ~3 G4 G/ t* [, Y$ R' M        self.target_names = labels[0]$ F: W$ @" c5 U
            self.data = data_array[0:,1:]$ ?3 V6 o! x; g* G( P8 ^" V. {$ z
            self.target = data_array[0:,0]
    $ ?1 W; t  T0 B  }1 N1 w
    5 h  K) ]6 ]8 f2 e; L" O# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用/ E0 @2 M: i0 U- f9 w( E( E
    class new_dataset:
    7 L& T7 Z+ e  J! y' v3 H* B    # feature_names: 属性名列表
    6 n+ [: h0 o- x    # target_names: 标签(分类)名
    : {; S' C) y; B" A# o& F1 E    # 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# i2 c/ ]$ u3 y2 K5 K
        # target: 目标分类值列表9 \" U( B: [! o: N
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    ) k: f8 r3 u0 o' Y* Y. \. C1 u8 ]        self.feature_names = f_n* D6 f4 [  h1 @- ^, C9 T; T
            self.target_names = t_n& u" J) c+ p2 F( P5 N5 S4 z1 p( c
            self.data = d
    ; H0 C  H5 C& f        self.target = t
    1 M5 Y% k, h- L6 W! J! l+ Y. u3 R0 q6 {, A6 b& P8 [) P
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    ! y/ d9 P, K. x1 D9 g; @& s0 u#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    ! y9 q5 T7 R, @4 Z0 r/ o) q# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    + G0 O  o; S2 P+ P7 Ddef get_h(target):
    3 H% |; a' s1 Y- c. |, A    target_count = {}8 [$ N% e( I+ U6 b% v' P
        for i in range(len(target)):
    : K# z1 ?! u; j- q1 @* O; ~# ]        label = target
    ; C& C% U  j; _1 W" p( e        if label not in target_count.keys():+ v/ ?* L; I! U6 q
                target_count[label] = 1.04 E; q) Q( O. J4 C
            else:9 l8 W, e) W6 D4 u# q. k4 T
                target_count[label] += 1.0
    # Y, _' o  Q0 \/ ~    h = 0.0( r: r5 u* j9 G) k
        for k in target_count:
    " R' D+ |7 I3 `( W' B/ K% s# z3 N        p = target_count[k] / len(target)
    ) ^, j2 `* t% O( |) w9 I4 \: G% ?        h -= p * log(p, 2)
    , M9 Y/ n( X7 C7 P$ ^0 R2 A" a  V    return h  ]! S2 f$ D. R% z% s5 Z
    0 O. c. [3 [0 d2 B3 _
    # 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! j4 T4 {  S  L4 ~, E5 I
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    " ^5 e* z' f% z/ i9 [9 \6 ]def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    3 B* H$ K- u$ z' S    sub_data = []
    8 A0 V, C5 z7 H& y! G6 L    sub_target = []1 T+ G) W5 b5 [" F/ z2 i0 r; e; U. L
        f_index = -17 @8 S1 S& b& R' G. g: C
        for i in range(len(dataset.feature_names)):1 z7 V- m" ]4 }; c; c
            if dataset.feature_names == feature_name:3 y7 z. j- n8 H5 t. c/ D+ j
                f_index = i; y: z6 ^; n9 L
                break0 u9 @% `9 B5 M* O# D% X
    7 `$ q+ p8 }* i9 q/ v. ?
        for i in range(len(dataset.data)):* P" `1 g( `* A) x" g
            if dataset.data[f_index] == feature_value:
    / f! r8 ~% Y3 }, V6 ^- r            l = list(dataset.data[:f_index])( `( ^) G* D2 L6 T, h( J
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    & E% q/ t6 E6 ?; W5 x            sub_data.append(l)
    + _! ~) }. @! Y. V6 w            sub_target.append(dataset.target)
    ' `& B0 z% o3 V: u+ p
    / n# H* t% H0 _9 B0 n    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])7 \! g' D3 _! n- O
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:]); `) ~- q5 x% H  \6 x) n( W
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)5 l( |3 p  {: D$ [

    . y3 E# h) Q5 `. S$ y# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    ' T0 W! ]. ^  V' r# F# 信息收益值划分该数据集前后的熵减( S# l9 H( ?5 t& v, ?( D2 x
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    & @% h8 C; N) {; Y* rdef best_spilt(dataset):
    / o5 ^+ j; i) ]: ?/ `0 A& T6 F' \
    # L2 c" u# ^" Y! G7 H( {    base_h = get_h(dataset.target)6 Z" j. Z9 U' o7 p
        best_gain = 0.0
    # {+ v8 g- F: }    best_feature = None' e" _4 P" u- P0 W. k4 x
        for i in range(len(dataset.feature_names)):
    ; |: ~6 F$ W) O9 O% Y' X( n7 v, v1 B, b        feature_range = []" m9 @+ u: p8 Y
            for j in range(len(dataset.data)):; d4 @1 g! {5 C$ J
                if dataset.data[j] not in feature_range:3 d& J' c6 Q/ g6 Z7 [- p' A
                    feature_range.append(dataset.data[j])$ [  Z  q' d- Z- B& N# q& W

    $ X  d% k: i: {4 A% L  r$ ^        spilt_h = 0.0) t2 z+ X/ ?  C! @
            for feature_value in feature_range:
    0 u, F, n7 s: @3 j            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)0 J, ]; D1 |- m/ G7 }
                spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
      O+ l- a- f, a. x8 L; V+ D  C
    1 A5 e5 Z% y2 V6 @5 g4 r; g        if best_gain <= base_h - spilt_h:
    8 J9 W% f9 K: w% |5 h+ U            best_gain = base_h - spilt_h
    5 g( V! N6 a/ U# {" ]; c) T8 X; m; `# i            best_feature = dataset.feature_names; [% O" _2 P+ x; k

    , t9 n5 ?7 e5 w  R: a1 \8 X    return best_feature3 b* o; E# ^1 E% ?: W
    ! r1 o. k( R" @1 i$ G
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签
    % q, o) f; T) y1 Q/ `* ?7 b: a$ h8 Adef vote_most(dataset):" C( x8 T) R) W8 i8 L2 T2 p5 R& N
        target_range = {}  V' b$ j1 M! h( _
        best_target = None$ m6 u2 S. I2 s' @
        best_vote = 06 R" B% n$ [- T0 B9 G& r. F- a2 ?* y
      n/ O6 i5 v9 b$ A5 U0 l# b) S
        for t in dataset.target:
    4 ~4 T" i5 ^; ]# R/ s2 ]        if t not in target_range.keys():; X5 g9 D% x! Q* u3 }
                target_range[t] = 1* }+ N. R6 S' L" B
            else:
    ; G- Y3 J3 D/ K) @# A6 U* i            target_range[t] += 1# c0 A' b8 R3 m5 I9 o
    ( F' b* d* ]( S) F
        for t in target_range.keys():
    5 ^# p9 i- A. h6 ]1 i        if target_range[t] > best_vote:8 Z6 a/ L8 i6 b
                best_vote = target_range[t]
    % a- Q! [8 P3 S1 s" p            best_target = t5 {+ ?& p/ M: P1 v2 c
    # n, c# Y) d- V3 X% l  u6 [
        return best_target- Q% @4 _; n9 x
    ( }8 D: l+ ~# C( {2 T+ u8 b
    # 返回测试的正确率
    ' F' f& b) C& P5 B# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    ' L4 ]7 s: L, c( F; P) cdef accuracy_rate(predict_result, target_result):
    % M3 m/ i/ ]2 U; @' p- f: f    # print("Predict Result: ", predict_result)
    ) Y( m8 h4 y2 O! j5 x3 |+ a    # print("Target Result:  ", target_result)2 m9 k* e9 f4 |. `4 E
        accuracy_score = 0' j5 V3 R2 o6 I& T* `
        for i in range(len(predict_result)):# Y- Z! A  @( J5 S7 [
            if predict_result == target_result:1 j4 q8 X6 i) ]* N
                accuracy_score += 15 x3 f+ b1 Z+ U2 ]9 N' f0 F% R
        return accuracy_score / len(predict_result)
    2 r/ R3 s( c2 _2 D$ i
    - |: s/ A; V  O# 决策树的节点结构
    1 K" D  S5 M% lclass dt_node:! H6 A6 g  l+ _! B5 K3 j) g
    2 C- r$ o" c8 P: ]" E9 R, @
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):0 b- q, D( t, Y6 `* s
            global nonce! m* S. L8 w8 p* O2 I- c
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
    9 f* n& m, ]3 Z* y# Y- L  ]' ?        nonce += 14 p# A$ Z% k. r
            self.feature_name = None
      d! l& |+ w  U1 v' i        self.target_value = None
    $ e# |" \1 d9 k1 A8 B, P: [        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    * d; }# N6 U. I        if not is_leaf:
    4 |* D% G; k" I1 g! W, ^9 b            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
    ! k9 B1 j" X/ W' w        else:% x9 B% d: t" h5 j3 `2 S, z
                self.target_value = content # 叶子节点的标签. {, p" Y; b, `1 [: O

    5 L9 j, \5 ]. j. I" l        self.parent = parent$ _' j7 d$ u, ^. h
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值6 }  L1 P/ q) d
    0 p) \6 A. T$ h$ b4 U/ ~
    # 决策树模型+ g% T2 T% d2 f, f
    class dt_tree:! y/ [4 y, I) q$ ~" n2 A

    6 q+ m- \) c' C    def __init__(self):
    $ T, n6 W4 T" U5 C  J        self.tree = None # 决策树的根节点
    0 h, |6 G6 J" i) w( T: J        self.map_str = """
    9 k' g, H$ I& i. J            digraph demo{
    3 m( w; w; y( z. }            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    * @3 a- o9 s" _$ Z1 y            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    ! D5 i0 l& S& G; r% h, ?            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
      y, a9 Z  N; Y. Y        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    . U" b+ q2 z( B0 R  k/ n
    , a" W! M9 x/ b6 m1 J5 t5 b    # 训练模型, train_set: 训练集+ d, f7 P: q9 p* Z* U" o
        def fit(self, train_set):
    ' Q  Y& X! b# }0 A  w0 p1 K
    5 J7 P% C  F' a; u$ O) _7 b% r' k2 M        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! L& X. [+ {9 l4 f
                return None
    # o; w2 O4 f$ ~4 N; m( N& k0 O. _( G* y8 x
            target_all_same = True4 A. X6 U6 R- k7 d6 y
            for i in train_set.target:2 u% [, a# V/ z! H2 x% p$ z: d
                if i != train_set.target[0]:
    # e9 w& i- w9 D, B                target_all_same = False: f# `* R; P* }. I
                    break& X! h' c* f. U4 N) e! D2 a

      y# U/ q+ X. c' _. s        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* R' C; y. M+ T9 |; u
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)4 J$ r7 A- ?; N( M. i/ n. ~, n. A
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点1 I5 [* e: i( T4 t9 F3 K4 X
                    self.tree = node
    & e. o4 ~( H. m
      O% f! e, f1 M' M6 T8 `' A- p4 H. P( f4 D            # 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
    9 h( M* d4 H8 o- [. @5 U            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    4 e) ^9 H, ?+ }0 E5 x( _4 M' ]            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"6 E  r" c8 V" b* t

    7 e+ i) C2 D) b$ B6 A' ?( e            return node0 c) w' i% S% s) y) X$ S
            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 K" d+ ?1 L$ |
                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
    4 u* O4 H$ H. J0 N, C! q  h3 q$ @            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点9 w/ C$ K+ l* N; Q
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    & E. T6 N3 f! S  n* A  a                self.tree = node* D! a6 E& ~, |

    4 `8 t2 }- G  e. g/ 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
    6 e! Q# S# g: w4 v% ~$ H            node_content = "标签:" + str(node.target_value); v6 Q# k8 M- ^3 G! Y; H( F4 M
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"* F4 {% K# x, x( A% U% ?: ]
    3 s; U2 |* L3 ]2 G) q( F! v2 h: R
                return node9 ?  j' x5 W& D* ]# d$ ]
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点: v) h6 O- O$ M6 x' D
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值: f) x+ U* r$ n4 m
                best_feature_index = -1
    1 Y9 ^' G) i! v, ^& u4 b( \            for i in range(len(train_set.feature_names)):
    ( c3 C( g# _* s1 G9 D+ ]+ ~                if train_set.feature_names == best_feature:
    " H6 c! B: V5 x+ x# N% y                    best_feature_index = i
    $ q5 f3 P' l$ j                    break
    8 g: ]" `1 y; g6 u! l0 a. ?  r, u2 a- M' }+ u. X/ ]2 t
                node = dt_node(best_feature)5 I2 o  Z0 `9 S$ D2 g
                node.vote_most = vote_most(train_set)
    6 t0 p$ n/ r4 g* h6 [0 L" M            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点# e& {4 Z9 j7 _: n" y! Z7 B. m
                    self.tree = node
    # e1 @; f0 u- e0 \: j! }                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色; n4 ~- K& n1 q
                    for i in range(len(train_set.target)):
    + ~8 n3 `+ u7 }                    if train_set.target not in self.color_dir:
    3 ]  U4 L: A  v                        global color_i
    # }" m/ }, P4 u+ _9 i7 o  A                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]% B9 a/ }- k8 E% v7 y5 P- ~5 p4 Q
                            color_i += 1( Q) S! q6 L" P# C
                            color_i %= len(color_set)4 n0 u% r' h# X7 Y

    . b: `% z* o+ N. K( [" J- W            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    ( s. ^" H5 k2 R. i2 ?, l            for t in train_set.data:8 _8 w  D" Y6 U* T
                    if t[best_feature_index] not in feature_range:; K7 N6 r2 {  j/ {
                        feature_range.append(t[best_feature_index])1 M4 ?* ^  ?+ a9 F/ c1 a

    . R" Q1 t$ j6 I6 i9 i8 s            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点) m3 Q/ v( @0 B' o4 `
                node_content = "属性:" + node.feature_name
    9 U. k4 u9 L: o9 \            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    " [. n5 L' K5 J  D+ `1 v3 Z  u7 x' H3 ^, _
                for feature_value in feature_range:# T  L: A1 u$ a4 l; \
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    $ k5 A: B* S3 }! w1 {3 `                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点/ F$ L6 n) Z# J/ e% q
                    if node.child[feature_value] == None:
    0 `# L/ a0 e5 T0 O1 T: {2 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
    # I# \1 ]6 V! h: `                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    # Y4 c1 K8 P5 H1 R: E/ W4 _: q: W$ Z                node.child[feature_value].parent = node
    2 g  W# {8 P/ P5 R7 z$ U' P- C+ c  z
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    5 t* L' j7 {# Q/ c5 K7 q: E                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n". i# u  L5 M% ]+ \" e" R4 l; `3 W/ n1 }
    * y1 h2 g1 a9 u. d% ]3 Y: n/ p
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    + V& ^& m1 b+ F* k$ R0 E: I            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)/ C  e# j- V2 j# C- Y1 s% ]
                # for feature_value in feature_range:
    & s8 O' K) l! {# ?            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    8 Y7 m2 p3 h9 n' R1 B7 Y0 b            return node3 l( ~9 t' o; {( ]* L: H7 O

    ) h& k3 x7 I! q7 @, k1 a    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测1 U" E6 ?( v# h# M+ A1 U
        def predict(self, test_set):* S' @, `9 a9 A1 m6 w8 e; J
            test_result = []
    2 K% ~* M% ]( _* i7 ?8 \. K        for test in test_set.data:
    ) m& Z/ t7 L: ^# K0 W* ?. f            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    " ^9 O: R6 `0 J! N# b            while node.target_value == None:0 y0 B- X, [( j' o3 u+ W
                    feature_name_index = -1
    5 w& e6 u5 D" @6 v# y! T6 q0 F                for i in range(len(test_set.feature_names)):  Q3 V3 ^; V( j% v7 L( E3 r' n
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:7 L# r* t  J4 X9 ]5 D! A3 l
                            feature_name_index = i7 B, q& [- ^& x( n) k
                            break2 ?1 ^1 t# Z/ k% o: z9 s
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    0 \7 n4 }. Y1 R+ s4 ]                    break
    6 t7 c1 b% c4 L8 b5 w- P/ {2 s                else:
    / w' l% i1 ?1 b                    node = node.child[test[feature_name_index]]
    ! ^. l5 z2 ?- R+ n: j: V( J  r0 c; U, A( U& F. @7 G9 x
                if node.target_value == None:) L' u6 x- d( D8 L4 o% R
                    test_result.append(node.vote_most)
    & s  {# l/ B7 @            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* A3 F* ^* A/ L9 h. |: H! @# f
                    test_result.append(node.target_value). _% `0 W* p: _, u( w3 `0 I
    7 [* H: A8 J. n) w
            return test_result
    + A* l1 h& l% x0 l. P: W0 Y6 @
    7 K( i+ P4 a  v    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置9 S6 v' e7 c9 h" [
        def show_tree(self, path="demo.png"):
    5 v! ?" {" B, T+ A( V0 z* ~/ \        map = self.map_str + "}", T4 I9 n' M/ @- I
            print(map)* C% s( _2 @$ p
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)1 j- t( e: @/ x! T8 T, p
            graph.write_png(path)
    - }# m0 u7 O* ~: a8 ~: N. z7 \# n& R1 [7 c# V9 p
    # 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
    ! j( m$ t* r; Y* Bdef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):% d) R/ `/ |6 X4 h
        c = dataset: x5 ^) S) R& ~' x" x
        r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    7 G5 `5 _7 Z& k( M    rates = []8 z' h6 I1 o6 X
        for train_num in r:; O$ M  P' ]- U
            print(train_num)4 D9 \7 o: \* x7 c; s% _
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    ; G! ~$ Q& L- i) b7 g        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])6 {# `& `4 y3 m! `
            dt = dt_tree()0 t! m1 Z- s( k& H
            dt.fit(train_set)
    , `; O$ K5 G4 b2 O# Y        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    , m/ X. ?+ r' L2 H: P1 V  F, u" ^$ ]2 C0 e( f. ~' f' J1 q2 n- o- S
        print(rates)
    / ]( N( P5 g. h0 A6 i    plt.plot(r, rates); M$ f' a# k, @
        plt.ylabel(label). c# R7 _* h8 g% Z6 H
        plt.show()
    9 N1 z! `+ b" T# |/ F, d+ s" }, j. m9 ~0 r9 W
    if __name__ == '__main__':
    5 @( k, F! \) f# Z2 a- g, ~
    : b0 a, [* G4 [8 u* A) z: [    c = load_car()  # 载入汽车数据集& w, b3 c6 u9 `+ ^* G& w2 R: j
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集0 P  J% e; ?, `- Z- Z. M
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    . \! E, g- m3 |& T. m5 Z+ o    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])+ q3 k. o, E: i- T
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])0 }7 `* m) u+ C  n, @" w

    : j# d+ i% D8 e2 b) A    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型  A# A8 N0 S* [4 @
        dt.fit(train_set)  # 训练
    9 Y; O5 H/ o' m4 ~    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    % j0 y- a( N- G. I  u    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    0 \- l8 G, _5 ~) A9 h+ E: A# n, ~2 Y- k' y8 Y
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
    9 t/ R: B4 i3 k9 s: S, {6 t- O) \    # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)! v$ r( x- B, S; T3 J" B
    , B, y2 e  E- `! g

    ) @. D1 A" O- S3 o% o7 W& ?3 x5 h- k0 P! [+ A5 X, T
    1
    8 B; f. h4 G8 T2
    ( d6 Q8 P: K- X4 K3
    % T5 d/ V: e7 P3 A; i4
    * I& T  F6 P  T0 P5/ t: _- ?; L4 {: g- H0 i& z
    6
    : z) Z5 Q8 U7 Z7& }( b0 O$ Y8 N/ J6 @7 N, d1 j
    8
    / J( B7 J$ X9 x" j99 P- }8 @) O6 k
    10- U" h% t6 X' v9 P' ^$ g6 {
    11! g8 U1 z3 a8 M: V, E9 d
    12
    8 Y" k$ K2 X9 {9 Z( K8 I13
    " `: B& D7 C! {+ L% f0 x- q1 x142 f! C6 z7 u, N, }. t! W" S$ N' j
    15  @' P# a0 `3 ?' [6 [$ ?  g- i6 I8 S
    16
    ! @7 Q% f) r+ t17
    ( Z9 Q8 a/ w/ W: [+ V18  y; `' b) b# A+ \3 J% f
    19
    4 e, F1 o# I; F- u, W  R! D- E203 |6 k5 ^  \4 ?7 z
    21
    9 i* }/ O4 r" u  _0 X228 h' }( y6 L3 K4 ]
    230 j! K0 i( ^* w5 y+ a
    24
    , p( |  l" X  c2 Q# N$ K( K; B7 F, I25
    ( G7 c2 l4 S  F1 ^+ C2 n26# t& X0 q) Z( v& {8 }
    27& a, o/ Q! r. `- [2 q# y
    28
    7 e$ o  p3 s4 u" \: A5 G7 c- s29
    ; C' t+ F( r5 d7 c2 L5 P) e308 s6 |) Q+ S- u  R7 @( d* u
    31# V, \2 Q# L& K7 b0 i
    32
    # p# `9 B1 o! o( O33- U9 I+ ]4 }3 a
    34! [. t& C' u& S  g$ ^( Z: b
    35' c4 e  u' g. `. w. A' W
    36
    % y# R& N! S+ |- o6 v" I  H) m37+ @0 z8 E+ c  H* ?, N" I# S
    38
      @: m/ A# h2 P398 j6 N1 i5 o  @0 r( O
    40; u6 G1 ]9 \  X# P+ D* {
    41
    7 ^1 N& k+ X' u7 c# H420 z5 L3 L; c8 u& |1 a
    43
    : ?6 Z/ @$ C  G2 p* }44: `" p/ k8 Q, x/ D, H
    45: c0 ^( G% Z/ C( f& P5 w
    46
    9 M$ z. l% M  c- q  P+ }47
    5 K; y: k8 |$ w8 Z2 s+ p485 O# e# {4 _$ a* q8 x) H9 x+ t
    49
    & e" C; G7 M& z( a/ ?1 |# v502 W, t2 b& y7 p6 u9 R% m. e0 `
    516 c5 _! i" S8 \& h2 C+ t
    520 k4 g0 X: A9 l( H
    53
    2 @# w: I4 U2 {5 M54
    5 J. x& [8 f" B4 s8 \) {55
    7 }: H. I/ K* ^+ M& k6 S8 M56; b  c9 u. U+ D. ^: ^( u
    57" B4 g) t$ P; f/ Q  z, C) Z
    589 ^# Q* |) o* n: O
    59& a- n7 v; a- a* n
    606 I$ T( |+ [5 q, F
    61
    8 E9 b, r% p4 T5 F$ O: ~; B& V62
    8 y: Q, c3 N0 b- a2 j$ ?: L+ f8 n63$ z4 ~# x! W+ d, p# T( V
    64
    6 r% G8 r! `# R* l0 e$ q65
    ) ^* H% @. w% F3 I5 Z; ^. q, \' }66
    5 Y6 d2 W+ U* C6 b# U5 @3 ^1 }: u- v  g67/ I+ \; d5 j; I& ]0 f# b
    684 x1 J1 Z7 C& L; [% p0 q
    69
    3 e# B- \$ m4 O* Y0 F. F, _70
    3 l. D- x/ f6 w3 w  n7 l  T2 B9 e71+ }+ P" G2 H' W
    72
    0 l0 N/ u# ~1 I& p  X+ b' G% v/ C: @73
    $ L/ p* [! A- }74" i2 S2 b  x! S6 j+ B
    751 x3 M% @$ Z& H  I6 v7 C
    76
    ' m( S% F( K6 b3 c# g6 I778 V- E2 o6 i. d+ l
    780 m: X% G/ y4 _0 `3 z
    79
    $ J6 Q* e. v0 V5 o, i80
    # ~9 S5 |- r5 r5 W81
    0 Z2 N. D$ ^- j! D$ I# Y( r823 R0 N. f; N1 S3 M0 l, J# q
    83: u" J5 A" ]4 L) H* C; Q+ H- R
    84
    3 K! {. R! S6 F5 T3 Y9 \85
    0 z2 n# {( L3 o86
    8 ^* I7 v% s2 z+ a" V+ `7 ?$ |87" P, D3 D1 V) m' `! d0 z
    88
    , N) G$ {$ g8 a9 i  T5 H89* G5 P5 j1 G* d4 ?
    90
    ( v, s0 U4 e6 @/ L" q91: m8 `  _& X% Y' k
    92
    & Q7 n6 V* m& {931 G- Y$ r  n% L5 B  G% e8 u. Z
    94( ?& q* n' b1 u8 F: h* V1 @
    95
    1 U$ s4 G; O" B6 D& @: l96
    ; f  \; h/ H$ E/ N& P97: j( J9 s, i$ ?
    98
      n+ ~  `4 x8 O9 L990 q# J- A' P) r% y) {
    100
      u/ w) F; }, l6 ~; m0 J101; v4 @% U7 w9 k! r" y6 F
    102  O8 W! V. g" |  F" c1 o) u
    103
    ! E0 W2 a: d' I2 S+ u+ V4 T104
    8 Q* W0 c. \- j# V& D$ H# l9 N1050 t& h  F3 o; ?4 ?7 X
    106
    2 f2 u. `" v$ @- S$ t107
    ! h) D4 u. m! e% {) p# z! w+ ~: x5 \108+ a4 R  {7 A2 \1 G( F4 B* k/ J- [
    109" F4 L* B" x% t3 C8 Q, J$ |
    110
    : a" J) m8 n' X7 |$ r1111 ^( \- t& Y. _2 f) {. o, N* [" [
    112
    6 j* R9 u" `  v& a& a. N113) n! s+ _5 H: ?1 F: e4 c9 L9 L3 @
    114
    9 H4 ^# t3 ~1 q6 z6 `115; b6 A: g) N2 v, D# o
    1169 t; A0 U- h6 v4 W" M& B
    117
    5 y3 K! |& x- y118
    % F2 n, A% Z2 a1 E" F( `1193 j1 G9 S' |- P, Y
    120
    5 R$ s8 R. Y" y' l+ s5 l, a' u+ L5 ^121/ ?( S9 K& _- t: X+ _% U
    1227 y* M8 y7 H, f! j7 i
    1233 ~( i0 I2 R3 b; Z; o
    124
    0 c+ T+ E. {; o125# S2 d7 _( p6 p) Z9 R' f2 x' \
    126
    4 j2 {- C, j' M' f127+ s  @+ k" Z- q
    1288 w3 Y" j0 H: |/ `$ z; @5 ]' J
    1297 E# A9 d1 f+ N" w
    130& K. c. `% l- R8 N; w0 W; A
    131
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