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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

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    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
      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
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    129
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    0 s1 o% s* N  ^9 _版权声明:本文为CSDN博主「biyezuopin」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。2 ?1 a  D- ]3 G
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