* 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
130 1 [3 H& @% n, c4 K) F131 9 U) Z# g4 l- W9 z1 T1329 m& P' G$ t& Q5 y" x$ c" b
133 4 `- j: h( b; V) Q1348 q+ b5 e. K7 N$ k9 ~( t& X6 Q2 {/ c+ A
1354 \6 H- L& Z3 [% b6 u+ r# ]( f
136 0 G- u! H: v! P9 g4 v- |: F# N137 ( I2 `9 W u s4 e2 q, E. r- M- U138" o5 O( i7 ~1 f0 l$ F5 e h' W
139. u1 k% Z+ t# l7 ?( z3 R
140 ' ?- b! u9 t8 R+ {# r1412 s- c" V5 }& z& D
142 % y% Z! G. ~, \7 J) p" ]5 Z143 / u9 @- W/ x. y( ?: ]3 j3 y144 3 I5 k# o; s+ W/ x1 Z, F' h145 1 x, @& d' `$ q" {* A% G0 E146 0 _1 w, {. H( t6 s [- @147 7 _+ t$ p5 u; O) `. j) d! L148+ @1 w: c( M/ [0 h8 W6 X
149 9 G$ {+ r' y c% p! E150 ) a8 ]! _; l; e* ^- L+ D7 l151$ ~) x. z1 N {$ _
152% `/ Q9 v$ i0 I2 W* Z& J
153 & B0 X& O6 [7 Q8 n4 y& O1545 L& n* D' T) S+ W/ x3 X
155' d: B$ b! F$ L' j; V# c/ N: K* c
156 $ B% `; `% r2 \1 q157 / D# P# o* b$ c) e: o" b U) M158. f) S ~+ |1 j
159# Y- o2 I9 [- ~9 Q# m
1608 m- p# ~: u8 D; C! ]
161& U* @1 }& W8 U9 ?4 m
162 $ V: w+ e; j7 j8 L8 e$ q163; p& A9 [0 _+ S& |2 g) N
164 & s' E5 j( w, I1650 p' j7 l7 _( q6 h! D
1664 g- O- L. J+ c9 v6 D D8 m
167% z; Q% j/ z4 Z8 `4 u3 j6 \
168 }4 Q& J# ^8 ~: d
169 + h& L! \# u+ T/ w: k170 * h8 I5 y4 `& B2 H$ N9 E0 I: l- b171 , _8 j% L9 Z% h1728 x6 B+ O" o" l# h* A8 r; ^9 d! m
173 : n* I0 t/ H4 u! b/ Y ^2 d174 $ z* a- s3 p) E! z( h' I* C175$ A4 U- |! V& y' ]
176+ a' k3 n j$ j! c# k
177 4 [8 J% ^* `" J6 I5 F" k( X9 N, w1780 Z/ K6 |7 m A! @, o5 ?
179 / Z ]) x; `$ b180 $ x+ {9 G, L. Q, @1814 } O v! n- Q5 `6 p# ~2 Y e
182+ Y6 g& P) u. Y/ }5 B5 J
183- a3 s7 h5 a! Q! E( C
1844 R! C1 E( B3 N, J
1859 I! f. {& l! r4 G; R0 y
186 % G1 J. V2 Z2 J; F! O* w3 N1872 g3 S3 ~8 ]9 h5 o6 R0 |
188 2 M+ r& m3 k! L' S w189 ) Z- @$ p3 c3 \% `1 k% Y( m190 8 Y& Y9 Q7 L, x7 M& d' r W! M3 l8 g3 j191: l" l' N+ o7 _6 A% k. F
1922 m+ e- W5 ]1 d6 e; [
193 7 E# f8 _& f' c" l' J2 K/ X1 y5 ]194) B' G& K5 M1 D4 Q L( H) e Z
195" S. _9 Y9 z7 y' i
196 . b9 o' o2 k0 Y% t B197 7 a D! t1 P' X4 s198 $ t! k- D$ K4 l0 o" A2 Y199/ l4 J" e" {( x& }; J" l
200/ ?$ H9 u5 I. j+ x
201 3 V9 S( `/ i- r% G+ t5 z3 ?3 I j2022 r. A! J, C* Q4 w
203" f$ z2 @9 a1 a1 m# G& R1 L
204 1 T6 K% J+ c2 {) y( Q* ~205 / L6 H! _7 N' C2 M* b: o8 V! r* r; R206( Y% x2 [6 M8 s1 k" a2 X
207 : j0 y+ H9 |- T5 z2086 I2 B! ^" ]# t
209 - g) x* Y: h% v* @; s0 B+ ^210- l0 a/ ]4 @. J
211 , {( w$ b$ ]6 r212 J+ k$ m! c' d/ m, w* E
213, D w \/ \! {7 V1 _! o$ G/ @. M
214 4 L! U1 a N- b. o215 s3 O: W0 b3 N% T216. [( T" |+ t. i5 u) M j
217 8 l% Z2 c g" X/ [2189 N/ {/ I2 o$ Y8 a1 t7 Y. Z, V
2199 z) N9 u) q9 q/ E8 Q+ B$ `, q
220 , R3 s. o. ]* \4 w221 . s& h* m) |4 p1 h: L$ `222( j5 W% ]0 F0 W/ [' S
223 9 X6 y: c' J4 W. p- V: X4 P. P# b224" q2 Q# | ~' n
225+ j5 t5 j7 n. _( u7 K4 u2 p1 b
2261 |/ o, c/ h& C. f
227% v! ^2 l2 Z* [2 M$ r
228 0 c2 g2 F- |. M% \229 3 f+ w0 y1 C5 e; Z2304 q: k5 N2 v7 M7 N% |" U$ F
2315 C4 T6 u* ]$ E# Y; \- V
232 + L; Y; @% S( ]233 - q0 |% g( I3 g6 d8 U234/ b+ M% i$ V' s: C" A
235 , e' o2 ?; }4 g9 e; P" q2364 o8 ]5 A7 H- v; f1 @3 ^3 T" f
237 ; c, {8 k- a! A2382 j- o4 `& A w9 A: f
239 ! X0 h$ o0 ]4 \0 g240: L% L" }3 u: h/ W" F5 b
241 ( X! g4 I, p: x4 Q242, \' S `! u) x/ U; D% P% s
243 ' f$ q+ H: ~; Y5 R244+ @$ T/ G' j& G( M' z9 ~
2456 |0 p& G0 r0 q$ K! ?
246 2 h+ j( d/ k$ X( N247 4 @2 Q( }9 M+ C2485 X( {8 H0 M1 l2 g) H3 Z& R! i/ g
249 ) M% `0 W2 o/ I2503 y5 [! q9 ^# ?
251 n4 `' j) w1 }$ e/ j
2522 g$ d/ ]8 f# c& C9 {
253 3 A' g- U0 u7 w/ Q9 ~/ U6 H: [) v254, [2 e5 p! D( g" h( x
255 l( M1 _/ x$ S. C256( S6 g; q( s9 ~+ z* \+ c0 u
257 9 [# o" x( s3 |4 S+ v8 Y9 W258 ( }3 Y" x% R7 `& k259 * g2 A; j ~# ~3 z* i260) q: u0 g) V3 P* C
261 3 \3 L/ W* E4 I& u _6 b2622 z. }4 l' w+ S. u- y
2632 o' C( C9 R2 `9 q5 t
264( h% d4 j8 M3 y* u% h6 a& M j
265$ Y4 o6 w+ j0 E/ X9 `8 t+ Y9 g/ Y
266 * u U% W6 b% }! r8 z' I2670 M: \" e# ?8 E2 d; b
268& O7 P2 T8 v/ Q3 J, {
269 % n# ]: M0 r: `# R2702 S! [/ _% A- f4 l2 ` D% O
271& F* z& p6 e* e, Y. z
2725 v9 ?1 |8 `! B
273$ Y! d D B7 p5 k5 S- d
274 " p0 k8 L9 W' Z. v1 x275 , g7 R4 s( H4 y6 s! S( q276 3 R$ B7 J- p& J) g# h$ q/ G277 " Z9 j4 G2 {) S4 X278 M; X) G1 w& |$ M/ }6 W( l279: s/ a; P. h) n* g4 R9 j
280 6 M# |5 `8 I3 n0 {281 & y f4 @6 \6 Y8 {2 p7 v282 " Z3 G4 E3 N6 ^; a283 / Y1 `! k9 \) M4 Z, H$ x284 q& `% c) V; [1 c* N285 . z. I/ F0 V. T# Z8 ]286 ( `7 o" P9 m- f& v( o0 e287 . D" m) |, B: W288 3 G( @* p% i3 W7 n5 ?2892 Z5 r( n: R; `* @2 c
290 , h5 E7 Q3 ~ M/ r291 5 F8 s/ Z# ?8 v/ f! _292: z9 q- Q/ j3 q9 t1 u
2930 L0 S0 P( O! N/ Y3 x) C
294" t8 M8 F, U2 A/ q8 n( v1 _
295& e8 k. H, m4 Z/ b
2960 Q; `& N& ^( s8 O3 q: _
297 + v6 r& B+ e1 z% {298$ Q! L E: O, k' U/ {, Y1 p
299 , x7 n, l9 L7 Z5 o; k0 N& z U! ?) w300. I* c7 ]' i: [# b$ t- r( i4 I4 }
3018 j+ G7 j, \7 Z e
3026 {3 I0 i7 l( x6 `
3034 s9 S1 O: ~+ Z( ]: R, L3 L: o
304 " y7 f6 M4 U4 h$ u# t9 Z) L. R305; U- k# ~8 H. s9 G0 J% E% F; `
306# z- @4 r4 Q! J
307 ! `8 @( g4 t$ _3 ]+ Y308 / o' N" S* H( `5 H) ]309 * w, D8 |1 N' ?6 w0 O0 Y, q3104 u _: q) y6 q' P* I
3117 e; ~0 t, C" s" T5 g1 h
312 0 v8 @& Q+ N+ Q8 B313. p; g* a' U. r# [" E! \
314 ! g, F3 C7 q3 c- s- z3150 Q1 U5 {4 n3 k
316/ H/ {. |: i; j9 Y& b, T4 i
317 4 \) O# V9 ~2 q0 P& e5 b& _+ `3187 S# z, R( E! ~% j' j, a
319 & N7 |0 Z3 d1 S. Z: a# F320 * f; L# ^! N+ y3 v) x- o3210 v( n2 _2 z4 r- J3 k
322 4 c( R0 x0 P* b323 8 V& F* i! W% O' d3 `+ Z324 # h% m9 X0 i' _% ?325, m) F5 X+ k' @' X$ k2 |6 h
326, Q6 r* a5 e5 B2 O
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