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TA的每日心情 | 开心 2021-8-11 17:59 |
|---|
签到天数: 17 天 [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 |
基于Python实现的决策树模型
( d$ k7 `5 H; s6 a$ Y" w, E5 R) B, M; t# u3 @& Q) Y
决策树模型2 k x( V6 _8 a. D) L8 g
目录
% w5 r3 W$ A. }, w$ e人工智能第五次实验报告 1
; _) Y' c# h# Y' ? n- U决策树模型 15 Q( E; s0 Z& K# q- ~5 I
一 、问题背景 1( c$ h2 e1 j- O K
1.1 监督学习简介 1/ n$ p A R" ^
1.2 决策树简介 1
7 s3 {: a" s/ o& U4 G: t二 、程序说明 3
$ }( B$ R6 q, K0 q5 C2.1 数据载入 3
; f- x0 t( x$ F: d. b3 U. i2.2 功能函数 3: b1 q5 p5 `- y" E$ H: j
2.3 决策树模型 4
1 X5 G( w% |2 m/ r Y3 ^2 N三 、程序测试 5
0 ^+ g7 {( ?' }( F$ y3.1 数据集说明 5
! ]1 h' B2 q x* Z# m2 G: p3.2 决策树生成和测试 6* n( j% ~1 R7 o: T8 K
3.3 学习曲线评估算法精度 7- N* @ ^9 @0 f+ R. A
四 、实验总结 8/ `* V1 [6 [: u) I5 T
附 录 - 程序代码 8
% U5 H( a8 X+ w& W2 j一 、问题背景% ?+ s! l8 D0 K7 @5 J
1.1监督学习简介6 Z6 j1 g" |# P% J, L# g8 L
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。% G! @& R* t6 s6 T U6 r' \4 A
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。
+ x0 p9 {& \8 x% d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。
& @$ v) I& ^! r; `& J0 z1.2决策树简介
) x5 K' E9 s# ]) g' {. G' F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。
8 K4 W9 C- x* _& I决策树的组成: e! o8 n- \: E8 _; k
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。' y5 f( y% }8 h( | z+ v! ~; i7 O
& Y8 M, C& F& x- _
import numpy as np
; R" ] G5 R! p: E/ V& @8 @from matplotlib import pyplot as plt
7 R: I4 s* `, h2 sfrom math import log' T' {* B! I) z$ ]. i- D
import pandas as pd B5 K- s; u) g6 k- |
import pydotplus as pdp
0 |. d- u/ I8 ^9 f
7 F( W' _4 W! ^1 m# h1 R- Q"""
/ J5 s! f: f7 D* j1 E6 J19335286 郑有为
9 V! k, X3 z! C5 l5 i8 m& E人工智能作业 - 实现ID3决策树4 g2 ?. y& a9 [7 W
"""
; u" D6 J) c# o. [; z( T' F- E* Y5 u. L5 K* I
nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID
: |4 R* K5 @- b5 L; o# ucolor_i = 0
/ W; I7 a+ K8 s, Z- M5 J# 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
! t H! ~: I! N! Ecolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]9 ~- T6 Z* e4 S; X' N
; h1 m$ n% M# B: \4 Y* x# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买 w; G4 ^. K. k4 G; e7 U
class load_car:6 w ?/ Y6 x" Y! [: L5 K
# 在表格中,最后一列是分类结果$ R3 C8 q: C/ U7 b* ~
# feature_names: 属性名列表
( B- E2 r: J/ b/ \ # target_names: 标签(分类)名
$ Q- O. D* a/ J6 p # 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) b1 M: l5 _1 k, |! O
# target: 目标分类值列表1 p, K+ G7 |2 T9 [- R9 B& {( s
def __init__(self):9 f% k0 @# \0 G( }+ ^ q6 ]" o
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')) W. l* C% V1 c' |* B$ S
labels = df.columns.values
( h$ Z, s2 {6 i data_array = np.array(df[1:])
/ A2 ]( y4 m4 i B self.feature_names = labels[0:-1]
e# f6 x2 Y) I+ E7 l# R3 Y2 Q self.target_names = labels[-1]
# h! ~7 B0 }0 j! W2 d, h6 c$ m self.data = data_array[0:,0:-1]
8 q3 z1 |3 z- c H; I self.target = data_array[0:,-1], q5 T# ?: F* S5 @
& I$ `! [, P* X! y1 u8 a/ D. T# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒. g' l) g0 h# W/ L3 O0 k0 I: ]
class load_mushroom:4 Y5 {; `* h: F7 M/ C
# 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
7 n2 ]; h/ e+ ?+ T! |) [( p1 S/ w- T # feature_names: 属性名列表/ l* J$ n' T# o1 h) B: B4 i
# target_names: 标签(分类)名
6 T- G* F9 I# n# w( n # 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
( v4 s! O$ t6 p$ D # target: 目标分类值列表
3 f; W4 k: K6 ?8 {/ L3 R+ W def __init__(self):( J' \6 {* Y1 |4 R
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')1 M% }! u7 R* [. H$ i9 i! n% v
data_array = np.array(df)4 I }: Q. ?! d/ z# r/ E
labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",0 l' [9 P. j" P# V+ F+ _. T
"gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
+ t3 z1 j6 R' B# t "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
* {4 p; \8 e7 _$ N7 v) A "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]6 Q9 T; I: M }3 t5 v2 k( @8 d2 w
self.feature_names = labels[1:]( m$ d3 A( a+ b% i5 c) ^ n% U
self.target_names = labels[0]
7 z* L& g V( D" L self.data = data_array[0:,1:]
4 Z; D( n# Q& B% K" w self.target = data_array[0:,0]
$ F7 t2 x; ]& { j6 z8 H2 S2 z
# v# R9 n# P9 v/ M: m4 H# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
; ~' B# X6 {: W* |" i7 Vclass new_dataset:% s2 f6 d5 m% |" f) g# [- A
# feature_names: 属性名列表( R0 Y& ~1 u# i3 f$ O. ~* ?: P
# target_names: 标签(分类)名
3 q d$ ?# _% t, R0 f+ O/ W9 b9 @ # 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
" ~ S* Y) c! t5 v$ W1 y # target: 目标分类值列表
# j) ^& h! H6 y3 B/ X1 v def __init__(self, f_n, t_n, d, t):- |- V- g) ?) d* m0 B- v" c
self.feature_names = f_n
: |2 P: s. c4 }" i6 F9 t) v self.target_names = t_n8 u* m6 \8 l2 ~/ w+ y: ^
self.data = d( M/ T1 x G U8 o4 d" f
self.target = t
& d4 ?! f0 X. h
5 `. t" m! c+ z8 L$ h# I& v7 T0 U# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$4 Y2 \' F5 z6 s0 r
# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率2 v* E) n9 l8 T
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
8 c, v* j6 }" x$ H) pdef get_h(target):2 z% [6 s h9 w
target_count = {}
) H3 {& ^* {) Q3 Y' A- N for i in range(len(target)):) p+ v( `* l, L4 u' D+ T/ g7 G
label = target% U# g# J s6 d1 e. Z
if label not in target_count.keys():
6 c" t) J) b% Z# d$ w( ^/ V target_count[label] = 1.0, S$ R! z3 [2 u6 H8 E
else:' f3 a5 }7 i9 o" r. Y
target_count[label] += 1.0
& y; f+ K5 r! K, w5 y h = 0.0
1 F! y8 @; F& L' n9 f for k in target_count:/ _* [* X3 D1 D, B
p = target_count[k] / len(target)
' Q3 M3 X+ N2 Q) Z5 g h -= p * log(p, 2), } }) Y7 z: S7 N
return h
; u" ~. ~, S( I0 r. K( C- S; j7 ]- ]/ Q
# 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_value5 L2 O8 _- J ]) g/ x
# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列5 i+ [3 N' z& F3 \( \. F
def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):% R, c6 ~) ]! f0 H/ p& G
sub_data = []
3 v2 p; q# a0 n8 ~0 k- }8 T sub_target = []
8 Q: u1 R; t, K' x f_index = -1, c6 t2 y2 f' s, p: I
for i in range(len(dataset.feature_names)):
+ n- v9 y1 _. u: P, F* h0 B4 H- Y if dataset.feature_names == feature_name:: ?2 @) H( V6 [) I) ?
f_index = i
& k/ o+ l7 G1 U0 c7 c9 r break, x- @( e2 s0 v+ F- V! j
# O6 n) P; |# A- e) _/ Z* _ for i in range(len(dataset.data)):
! l0 I3 x8 A0 r: `: X: Z) [* N if dataset.data[f_index] == feature_value:
6 `0 L6 {7 [1 l+ n" @6 v3 { l = list(dataset.data[:f_index])
( B4 ^; N8 n9 ?. A- s; V& S1 ^! Q l.extend(dataset.data[f_index+1:])5 U% G/ j8 ]- S0 P( i
sub_data.append(l)
2 G) A I1 l \0 w2 N* T# l sub_target.append(dataset.target)9 ?# }: }7 ?. C
: q) W$ T% c) _1 z. x
sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
- _( h$ E% B! B, @ sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
, d1 s* U d- G& c4 ^! t return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)3 Y/ N# N A, |* C2 t8 q+ R2 x* z; t
8 K; R8 `5 _" c( {
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
0 X9 ~9 u- w7 ]9 |2 Y; W! g, w7 J# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
; x' c$ v8 R1 v- N& f! r' R# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$3 ]% [1 A" p- l, P
def best_spilt(dataset):
) F& D3 n8 l1 O# ]% i: [2 n' @ T+ F! Y9 J
base_h = get_h(dataset.target)
9 l% t: }+ [, s3 {- V' t& T best_gain = 0.0
' w" u% p7 k5 g1 Z$ f( J; ?9 O best_feature = None
# F. {6 M# ]; E/ k; f9 O for i in range(len(dataset.feature_names)):/ m& e' q" o3 [! m
feature_range = []1 Z, s% Z. Q F, Y8 S
for j in range(len(dataset.data)):! K, z! Z# B# y0 }) R- l! `
if dataset.data[j] not in feature_range:
0 l( Y' e/ @/ ^, O2 r1 y* [) O$ N* U feature_range.append(dataset.data[j])9 `# s& G: |9 k, |
0 ^' [) M% d, s: C4 ? spilt_h = 0.09 u; K! c c. y! Z4 e3 p
for feature_value in feature_range:
0 {9 B7 N8 v2 b- F3 | subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
5 i; S2 M' t6 H6 u0 Y spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target). p% T W0 ] ~, B
# w- e9 t, F5 v; A; D
if best_gain <= base_h - spilt_h:/ E5 U% G( Y0 }$ d
best_gain = base_h - spilt_h
3 b- _' D( F8 y- R* @6 E best_feature = dataset.feature_names
( R1 U4 ^2 T0 X1 m Y% M
, C3 Z: `- Q# u( h return best_feature
% b$ ?% {' y. v1 n- F, \2 @% Z, ?: }3 w) Z/ t* _) J/ q$ o
# 返回数据集中一个数据最可能的标签
: ^* K3 E7 {2 p0 A/ idef vote_most(dataset):
) z: Y4 p7 n) O- y. H target_range = {}) Z4 W# p* c+ Y
best_target = None/ K t; W) U$ k2 A
best_vote = 0: z1 x; j( h( Z, x m) m4 V. _
# ^& n* t. d" @1 P, k9 \# f) E/ N2 P( j for t in dataset.target:, L; F, `- i3 i. ~. I# h/ Q
if t not in target_range.keys():2 @& f' M4 R y4 b# o' k9 }
target_range[t] = 1- F4 f9 H( Q7 E/ W
else:
5 Q, N# n+ C$ t' j& d' B3 }3 h) w target_range[t] += 1
+ }2 ]' r5 g8 j9 V) C0 ^$ E8 R0 c. h, Y
for t in target_range.keys():
$ [) Z( k& _, | if target_range[t] > best_vote:$ B! @6 y- P7 c( m0 o- V
best_vote = target_range[t]
I8 D0 c- ^: Z* E1 j* |$ a D$ @ best_target = t
" i+ c7 P9 A y5 V, L2 S4 d; e4 m! D& O2 n0 y
return best_target
' K9 f" z+ m! u$ V1 ?( g- F, b$ \& c9 t; O) ^
# 返回测试的正确率
( E5 t z- T. q$ a" d6 H# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表, \% p3 {0 i0 Q" J; l1 |+ B- ~
def accuracy_rate(predict_result, target_result):
6 o) }5 @. y" I: U o e1 m+ \! d # print("Predict Result: ", predict_result)1 A* V0 |/ ^7 e; H8 i
# print("Target Result: ", target_result)
0 \! T8 I+ X a+ K1 [6 f* S accuracy_score = 0. [+ V9 A; F' v. G: [
for i in range(len(predict_result)):. N2 p i D1 v
if predict_result == target_result:
2 e5 z% a% u2 M! [7 J8 S4 u4 l accuracy_score += 1
- S4 q" Y3 m- @ `$ T return accuracy_score / len(predict_result), W! J+ l C. z# i. ]$ F! r* n
1 c+ Q. _# o5 Z: H8 b
# 决策树的节点结构5 j& r. d3 A$ ^3 y5 V
class dt_node:6 q1 w2 r: l- {" @- ]4 B: ]: B+ W
. m) I7 E/ m% x Z3 d
def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):2 |. v5 G3 l$ J4 N" x
global nonce0 N. q! F$ ^& y Y
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
4 a3 l. t: A+ t. \2 Z nonce += 1
; k" J, _6 I7 ^: o+ N3 t6 j self.feature_name = None
/ Z- f) [- M8 x5 Z self.target_value = None
6 I7 A o2 o) g3 e self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
( g) y" s( J: o% z _8 } U4 } if not is_leaf:. w- s9 b8 A/ v! A8 i; d
self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名4 Y! o( n1 c3 l& f
else:1 S! {, H5 s. m3 ]3 x' g6 }- O
self.target_value = content # 叶子节点的标签
3 }$ e4 S9 |+ s' z* G
) L+ t' W3 |2 d* L self.parent = parent: t' s# Y/ i; H/ d8 B
self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值; U& ^9 s, E V/ ^) \0 H
$ T) S: [! p! |% g7 C# D! h
# 决策树模型
. |5 I& L' x; i1 {, }5 N& j" iclass dt_tree:
! V( D. |2 S4 U2 j% `4 S) w$ e
; o: D2 O8 w6 `: l% ]; [5 W def __init__(self):
3 l+ D/ r% L1 R" M) L self.tree = None # 决策树的根节点
0 U. @3 J2 v: x8 j9 _ self.map_str = """
: a1 v" C8 f% W digraph demo{
0 R Y7 w- M$ @; k& S ~- M1 s3 w* C1 C node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];7 P' h/ I: M* L& K
edge [fontname="Microsoft YaHei"];# S4 X* d2 j) G8 z% H
""" # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构% h2 ]% A- H* w x; g
self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值$ T2 [9 d/ k# p) E/ Y& K( E
3 B$ c+ g" r4 c0 {+ [
# 训练模型, train_set: 训练集1 ~/ |3 g7 ]" p& L2 N: P- M: ]
def fit(self, train_set):
, {6 M D& i* p W, q0 U6 l# g% L' E$ G
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
- v9 J: b: a& X1 r8 A, S return None! z2 o' l; g( v. N8 P
/ W, T5 Y. @. p' z target_all_same = True
% g! k6 m! z3 r9 g3 t( U5 n for i in train_set.target:: K! X5 K% D4 d6 `5 q$ J! L3 W
if i != train_set.target[0]:
4 ]' ^8 y" R- g! [ target_all_same = False" i6 R8 [- J5 ~- r9 e; q+ R
break: S3 J3 S( h/ }. U/ U
" f ` m! m/ h# g. V; C
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
9 i4 P, Y( \1 C6 ^! f node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)& m( B% Q6 [- J) O" p2 y/ @
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
: c* F0 r( b6 B& e( u9 J' x self.tree = node
1 O- {: j5 b8 Z' p5 c% x8 L1 `' q6 W3 }- 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 t; L, s$ h4 R3 {* B0 d! I5 A, L# p9 M
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
( E& y! B' H( H0 R* G5 _ self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
. `$ ~/ p3 J7 I) _2 @! \" d# @# F* s& F
return node
+ b/ ]: G# Q* p 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
( t. ?1 `" F1 t9 }7 q" @# Y 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
9 ~3 s$ p. |* a% W+ i# K) L if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点3 A$ p% x @0 F2 O3 e+ m z
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
! A0 ^& X; w; `, ^. T7 i self.tree = node, Y7 a% h! b9 N: O# S5 L; B( G( v
, {4 Y' l' m/ t, I& ]* C # 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 e3 D7 ?- q; R$ V6 ]& Z
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
& h; Q; c2 R% Y! g% _ self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
7 u0 B9 R; @9 W
+ W: J, `; U% S5 a j9 J. A return node3 [: e( ?) M# v6 c5 Y+ ~
else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点* R" E7 o: R% l5 x+ {
best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值9 V- g3 v/ q+ \# P
best_feature_index = -1
% R6 B7 A% y7 j' f4 z0 p for i in range(len(train_set.feature_names)):% X' r' D6 q; s; n8 y* n3 b& s
if train_set.feature_names == best_feature:
' k0 I4 x2 f( Q. m& z best_feature_index = i
! `$ e9 {' l% H! i& z0 x" o break
- w8 c6 ?8 \- J
" ~7 S# [/ b7 U4 ^3 v# A node = dt_node(best_feature)% e6 `. j s/ X
node.vote_most = vote_most(train_set)& U, Z F5 |5 h
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点- J$ O! I5 A; n$ Q+ @
self.tree = node
& H. B. z, u0 l3 `/ S # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色% {' y+ N& s+ o E% t
for i in range(len(train_set.target)):: b+ [- X- x5 z3 Q# O
if train_set.target not in self.color_dir:
2 `# L( f% }9 t. J, q global color_i
. h* H0 Q9 W9 Y( b& S! u self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
' u! @ U. E" Q6 [ color_i += 1
5 q, \& G0 C3 s4 X6 u2 S- o+ y6 [ color_i %= len(color_set)
$ E9 E1 c8 z y
: U, s V: s( e" }& d feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值" P& ?# ]( W- k9 L- n
for t in train_set.data:
" j( {# \+ Z2 O/ [+ F1 S if t[best_feature_index] not in feature_range:
& X) M/ W5 \: |" }9 n feature_range.append(t[best_feature_index])
+ D+ }8 ]& b4 O; a$ k% W1 D# Y" \- P8 T2 n
# 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
. S2 s" S3 ?" A' }- N node_content = "属性:" + node.feature_name, u' j; z, a/ {5 V
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
/ O! I/ k# ^6 H4 N" F
( C6 |4 _3 q& d7 o for feature_value in feature_range:& \% O; [: _0 K
subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集: n% w' T) d% |+ A# V
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点
4 {2 X, g' O. @! R! Q if node.child[feature_value] == None:$ i( j2 v* g; @5 x* U3 O0 i0 K4 a) D
# 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% w- h$ u7 S6 g0 ~) V
node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
0 G5 X5 Y- l: F9 S node.child[feature_value].parent = node
0 p; o8 z& s! P1 H' e' Z# P
0 v9 L0 b1 r; {+ T # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
7 I0 R7 o# _- Y self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
5 d( B/ N# f) y- [) o! T4 Z5 ?% e7 k5 H0 A
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
2 g7 G7 |! J2 P9 `7 |3 b+ ^ # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)8 q: [# C, G# @6 V( L- O, u4 _2 R
# for feature_value in feature_range:
: D3 w1 i9 k0 i; _' G6 W # print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
0 x' `6 i N/ Q4 J return node
# P% N m1 S- q( C( N! T8 w/ U [8 X4 S' |" @! I( d0 r4 P
# 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测- L8 z N7 B+ Z3 w; ?: s
def predict(self, test_set):2 B$ ]; [# S4 U
test_result = []
1 A: Z5 |# ?, f0 f* { for test in test_set.data:+ j0 u: |1 t/ _" B' C: n
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
8 P6 V: Y# }+ u) ~ [6 C$ | while node.target_value == None:
8 G" L3 B8 t- ]) I: D7 p feature_name_index = -1$ @' c7 } j& [/ }
for i in range(len(test_set.feature_names)):9 `/ c( [( ^1 }, A! t8 S
if test_set.feature_names == node.feature_name:* }8 X; o: M7 Q8 C/ Z9 F
feature_name_index = i
; c& W) q; V1 }0 t+ R" E h break
- H" L3 i& W9 E6 o% l0 Y; x if test[feature_name_index] not in node.child.keys():" U5 f3 H, \1 |* u
break
! w( H$ s! @* I- r1 O; A else:
7 z0 f6 d1 Y5 k+ d8 y' | node = node.child[test[feature_name_index]]
4 R0 t6 ?( t, b, G$ _2 t, e
8 ^+ f/ x3 O6 q. H9 J! l- Z if node.target_value == None:
+ A$ H. e0 M3 m; I test_result.append(node.vote_most)
( U! h3 q% j$ } 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& f- ~& Y( Y) y7 l/ E
test_result.append(node.target_value)3 j% O: {+ B& S% f5 k
9 ]2 Y0 ?- N! M. j4 y return test_result
' t) e1 _( d+ p) o3 L, L
: ?" x: Z! |; G # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置; D. j( D6 l+ p7 o* Q& m/ p
def show_tree(self, path="demo.png"):# T' ^* w8 ^4 _; o" n( r, j
map = self.map_str + "}"- w7 K h+ u- D( g
print(map)8 f# L- J0 h6 K7 Y) w
graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
( A, C# s0 H9 B: J4 N a: y+ o graph.write_png(path); k1 V) a% ~* X& { Z: k
: \$ ?3 j; M/ s" ^# 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8 \+ b/ U% J% |0 d
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
8 @; s) u8 V: ?" ^ c = dataset
- {' E8 g5 K( q0 J$ H9 |7 Y! n5 G r = range(5, len(c.data) - 1, interval)% m$ C: r# J- D
rates = [] O: j8 N! g3 W
for train_num in r:6 n1 O0 T6 \; H2 L) [2 h9 \4 N
print(train_num)+ e! H8 @5 m& g* U9 u8 [
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])) [' a+ j1 U& V
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])5 Z m Z: ]1 d- n8 ?+ o
dt = dt_tree()
( N6 @/ J) ]) d7 m dt.fit(train_set)% Z/ ^% V) Y6 X2 z6 H
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
: w7 O6 o- E3 Q$ f" p+ i
( g. \; X( Y7 [2 h# h4 L8 @& ^ print(rates)
, [* E1 ~' R- a8 p5 J! t plt.plot(r, rates)
. d8 I1 K8 J1 [- d8 ^. u plt.ylabel(label)
- z# o2 x! {8 C, B9 K plt.show()
$ E. V( {. N, |, P* E5 K* R& k: X
7 D1 M/ L' O# }3 pif __name__ == '__main__':) i; o; X$ X/ Z; t( e7 j; H
1 ^+ C% T+ J B9 x
c = load_car() # 载入汽车数据集6 W9 m: {4 Y* T3 g' {# T5 y- \
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集" C& [# b7 Q$ H
train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
) T: `0 c C. _ i' | train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])+ N; r& ^. T( Z- F6 y! ?
test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])0 v8 Z- a3 P- Q0 y
. ? d# m; D6 W7 C2 T6 P& t dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
8 k; \$ T3 j# N dt.fit(train_set) # 训练
2 q) f% j$ j7 q dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
: V8 s m% `4 X7 z print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
9 X: l' o7 g3 @& _1 P; M! c2 k
! [+ E/ S5 `% o- k# K3 [ # incremental_train_scale_test(load_car(), "car"); Z$ t# x- {$ N7 X8 `
# incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
% _, b6 F# ?# j8 l& ]2 m
. W0 f0 Z- m0 B% _3 n$ Z5 m+ ]6 c' K- ]: q( q
! u. C _* P/ d: e' _7 ]6 L1
! \2 u* N" t6 O. ?" [2
' \6 v0 ^- t, N% }- K3
( k9 t& w% n- _: O7 ^8 b4% R5 ]8 H) @; y/ ^; U" U
5
6 |/ j' b9 g1 M0 ?6
5 C Q" R# V4 x; g- U; ]; c$ H \6 A7
: b6 c r+ M2 W2 h0 }9 Y8
1 @+ b7 l4 |8 j, a: t6 i7 I4 ]) K9
7 ] {/ v& T0 l2 o/ Y( \9 L) G' A5 R102 U& A* B+ @- \0 j
11! z/ K' h9 ~+ S' }3 n3 U' s: g( Z
12
. @$ g! j! {+ N) w( O1 a13$ c) ?1 y0 O4 V) i; ]7 x- c" j- j
14
, r6 t) O! k; K& p. N. N4 C15
% I7 M$ U' T% h4 r7 N, L, X$ t16- Q: ~7 S* M T3 F/ y$ _
173 F$ S( N& J0 M
18
/ F# P8 y& A- M2 w6 R4 `9 E d19
2 I0 j4 _% f2 |9 ~ r20- R" t+ D2 E: s8 u2 h
21' ?/ J) O0 v. I) J0 r2 i7 }: y
22$ _% Z- W$ v% ^" y
23
* g5 J: o1 k8 X1 [24% M2 Q X5 ?' E) i9 N
25- R5 x& T& r# m* R6 J* P p
26
2 k' I9 M: O- j/ i/ {27
5 V! t( u$ u9 J2 q9 _288 T# n: @7 S/ t$ j3 c$ Y
29. g: K. O6 ?0 h2 S% D
30
, ?: v; A' p# z9 H# o, z315 y9 b: p* R+ G( ? m6 e6 t
32+ n4 S5 l7 T" A) s. J" `5 ~" ]
33
- W* R& t# K, T$ V" C8 c3 m- `3 v% W' j34+ l, _1 l) @& N# X8 H& h. f
35
7 ?5 b5 J$ t/ I0 \4 e/ {" Q7 W36
5 t. f% X+ T- o0 f1 B( a5 H8 p; U37
8 h8 D1 q% D( \0 ]/ ]# t8 `$ ~# E38
" v6 `7 `$ @* [* ~, K393 g8 H2 ?9 Q! O4 h- M
40
' {/ c* ?7 b0 R4 Q, X$ r' \41
2 e" q' |3 i+ B6 a) h5 B42
% o6 z' G. {- f, _& b% d/ B43, \- u" ~2 p+ g
449 M$ U9 h0 A% m& H7 O$ l2 t
45
: X2 j* m& g) U! I, s9 H46
$ {$ H( C! R( y$ ?6 o; ]! R( o+ F0 K47
. ?7 P' \& I8 C- d48
6 T( m; E" O/ a! V Z5 ]49$ ^* h) H8 M( F3 z# l9 |
50% D6 z+ G6 s1 f3 @1 g- f
51
8 G) m k# J5 _ N# t4 M524 t( Z; b3 e+ ?
53
* t. S; C5 w0 V# _: g7 C) N0 K; V54
2 T" D( q. W% b k3 l; ~0 F# C55+ A$ a9 \. J) v) M# W- Y E4 C
56; T4 d9 e) r3 l! Z8 S! T
57
$ T+ F0 i5 X; |& l! I/ j587 V0 V3 e0 B9 h0 k+ q
59% N8 d- B9 }8 A6 ~. G" R- L
60
) Y; r. p& S. R. n61/ K! j% j/ c! [. b* L1 a
62
- @$ M" {! g/ a2 Z63
9 L9 x* U& _* [: f64" v8 y. o0 B- f; I& P$ B" `
65* p2 K0 L: T% t1 r
66( U& i; B# G' c" A: M+ A2 Z( l/ G
67 ^) V9 Z* N/ W9 A# q
681 c' j4 K2 M( l; c
69
& w: [6 l f- y$ G( m+ Z70
0 A. U/ X/ Y- ~. `( N4 v o, B3 I71
- }; u" c2 f+ p$ w; a& U0 e723 ^+ n0 ~% H* _3 z# u9 N7 W
73
* h0 T% H* V' }74# T- Q# d# S2 V& L9 k
755 H5 |0 w" x+ @5 L H$ h) N$ r- D
767 W, G1 k) w: i' {# Z: r
77
: Z( \! v. O* ~1 ~/ t/ Q78
: ^0 k6 U' V$ @798 q/ n( w; l( X F2 c' {. H
80 }' v% z% w/ V$ z5 _
81
, [: c9 a& L$ t$ u( l* ]% C82# }4 R% }6 [) G1 @! p O
83& a" v, K* X/ M2 l; _) p
84' H/ e8 Y: W7 x! P/ B! g/ \6 B. i. ^. E
857 k- H8 Q- x% o7 W2 C' X. x
86
# t4 `$ @$ V% T# t9 M, V87- Z: }4 @) H; r2 p3 P. O
889 L0 w2 ~7 P1 I# m7 s
894 v" B# m; `# y l# B5 i, y
90- d# E2 m2 o. I
91) c8 g) T9 t2 N2 A! ^ _) @# x
92
. R& m2 X. y7 i, \- D93" ?5 R( W3 }3 j
94 \7 d5 |! U) {8 M. s, t
95
4 S$ H/ r! L/ C) f$ l2 w2 r1 A96
: C% N, e0 @% j6 p8 l. |! M97" o, Q* s9 ~3 b. v" M
98
( G/ h0 T9 i+ b0 l. K G9 X99
' q9 w( P. ~9 p! O% {% t/ K100. U, U. B, G% ~/ z& J; u* N% s a4 ]
101
- D, d) u! [2 [0 J S- }: L; [102
/ s1 [# o# q: t/ @% Z( I103
0 U2 S5 O# G8 T1 C104
6 P) w3 d6 s" w4 g/ C; G105: z( r3 Z9 G$ u8 d7 P$ V
1068 M+ X h. ?+ t7 P$ ~
107
' z3 A1 C; A' [+ g4 u- u+ C) |9 S1088 s0 @( A5 ]% m, ~$ J
109
' z, n7 L2 L1 e3 |% [110
* m; S+ ?+ s" o$ w$ K7 O+ l1112 T4 ^( l5 i" i7 j& z( L
112
+ Q7 o- w" ~ Q0 m113! r) U! j$ U- i" [# E+ u, I6 r
114+ c0 ]/ M+ O) T4 G' d7 N8 W: F. j: K
115
+ h9 o6 Z6 @: _" Q$ @2 u0 m116* G% B: R, u/ ]) C
1174 \9 W/ f- L- w, ]5 T
118
( a, T7 o. s. U, o! c b119
u- b" R, W$ F* u! n120
( K- S4 O! t& E+ Q0 Q- ~121" v& O" b7 @& r
1221 { R3 Z5 Z( ?. @# C4 `
123
9 j; R; E# i- _' X3 s% Z. Y9 B. _124% w5 x: H |+ Q! S
1256 t1 N" G/ B' y0 T5 C
126
D1 C7 {, C+ m8 L! q& l7 M: v127
7 q$ t# U' K9 }0 \0 `; P128# x4 c: L- ?) C( C
129
: W: v- P4 o8 X' p2 R; e5 R130
7 ]1 V# `3 e& q) j/ U" ~" t131" `& m u! m6 O- |
1320 o" i+ B8 I7 R8 y% V
1330 R# {" U: j/ o8 c; z8 r9 n b
134
9 c. A1 q- D- E2 e( V135; N% A3 U2 N- Y* V2 g, O
136- Y" E& ~0 s2 Y
137) k" ]# O3 I+ N* W6 m
138
) B( y% R5 d: w8 J+ j" N$ c139
i# c$ V5 O. t140! C0 m$ K. B( V9 E& j+ l8 H
141
9 t& F; w" N" \- R# S5 o1427 d4 }6 s0 i" H
1433 D' _# T0 A. U! a( _$ m0 W- A/ y% [
144; S) E; L ]% k% D" {
145
, S- I( K. Y Z9 C) V+ d1 V) E$ D1468 ^0 E9 D2 h/ u, i
1479 N/ `- o' m% t3 \9 t0 Z% T
148
; [* J0 H- H" u149& h0 B& @3 f. E/ I, j5 O
150
2 @6 }9 r1 x) x3 x8 c4 `% u% Q1 G151
$ u+ B; z0 G8 D$ B2 @1 O W: y152
. n2 M+ L. s4 d153# H) ]9 |) n& E$ W! b) M' H; p
154, |, l( A0 {: g. O
1554 v$ q1 @6 `$ l- Q$ d/ ?7 J
156/ \( K7 Q! X8 Z0 @, ?
157
6 b4 B- C* {* C$ v; Y0 s( n158
5 G6 O5 i' {7 q/ I) ]159
; P% @8 b: w: x2 ^# m160
& X& f; Q3 T8 h4 R8 \161% o/ e# p9 W# v9 N( `2 F& b9 Y
162! K# c5 p, c8 K/ q" }( E Z9 _. f. }
163$ C, H$ u+ n2 p3 q' ]
1642 m% h2 X$ s. T [6 ]1 F
165
( i; n, ]. c# J4 I/ p- i5 j166- ~' I/ e. g) K
1677 ~, `# Y- ]6 O, M' G4 l
168
, x# E( s, i/ r; F8 c3 y8 i6 s& r7 K* d169# l1 `8 ~1 ~# K1 j7 P) ]. @/ Q
170
9 A$ h) F; @, q2 L/ _1714 f( F! I0 R. X, n
172
0 \$ [( r; e: Q8 k1739 |5 B$ ^! g0 x1 l" n+ |( H
1744 Q. X9 h/ s$ Y& ^5 O' a: [5 ]$ n
175
+ P8 V1 }! G7 D) ~' g* r' i1766 q+ B. l' W' C& A6 w
177
- Q6 x/ q% P4 {6 D) k6 J178. {4 F+ N+ ~3 D
179
9 c, K5 `! g, q/ ]6 p1808 I7 E( _2 @- {% w
181' N9 y9 m9 v$ F+ P8 z* E6 ^ G/ a
182 a! v+ R" }5 a9 T9 u {4 ?
183
+ [7 p1 T0 f4 `184
1 a3 q. _4 r1 j# Z- s: h/ c; Y185- H* A/ C$ [9 i( @# k
186+ h* s2 Y3 W4 m
187
4 D5 C9 R- J7 u* n188) j4 Q- V; Q3 B8 ?1 s3 O$ O$ U
189. Q" ]8 Y" p* a7 h' A
190$ w% A+ v; Z# F" e: S
191
: ?/ I5 o( j: v! \2 s9 z192
5 R- G0 `% q" J193
3 Z( [ K# P0 W194. l& n7 H# B, N0 J Q6 E, B/ }
195; O/ |% ?0 K7 _; a5 v: V, r
196
6 L, \! Y- d, W- g7 _' s* Z$ L1978 X$ K% ^2 I/ l, g* S, J' h5 {
198) i! b& N5 r+ \$ }/ {
199& E u/ M9 I) w9 o# F' g' {5 O% B; l
200
: ]$ A3 Y3 Z* w7 E& K( U8 P L201& ]/ B0 p2 _. O% {$ F
202
- K( r" F8 u& |# H% d4 N3 f203
% z/ ~" c$ f7 x2042 {) Q/ a7 ^+ k |
205
- l( g+ B; s5 s5 Q/ u0 o& E206( t+ F0 X: f$ d* E. z% b
207! d# t& c2 C! j# V
208, q' T: \, `* D3 w
209
% C2 o1 @, @) s* b210
& b9 U V) l" \211/ ~0 }8 L/ X) r* {/ I! M
212
/ @% N* J0 _ B* E& r2131 n1 ]9 G4 p) @1 B7 S& N, B% l5 e
2143 W ?9 c+ z K7 d! S7 H# x2 \- S
215
: m$ q# l/ C! J7 d( s$ N. ]216
3 _# Q+ p" a0 A7 ]+ J217) u% R) A' m8 V' J7 w
218$ ]- u V9 W" q5 t) w6 y* p
2190 a9 B+ f# Y9 N) a2 ?
220
. C, n9 R. l3 @& r$ e221
+ p: W1 m1 M' E2227 y: d. F! G1 q: W3 x
223/ }# j2 c! q+ p. E: Y- x* }
2247 Y I5 g9 }8 E" V. C
225; I" u& L& |' g
226: f8 M: Y" S" \( ^4 U/ h, t/ N
227
1 l8 p, U; s, ?# l, a228' Y4 F9 V- L% ~5 Z3 o V( _
2291 _2 n" M) \' @& F# `
230
) z! C3 O; H0 p' ~2 A* H" k231
% V& h" e) L2 z232
+ [) T ?* P) Y- B233
+ M* w6 d6 z3 V2 s234; ~$ ` Z5 A5 O* a0 f! g L
235
/ G# `2 \8 b& o+ d; c3 X236
3 [8 a1 R/ A! j+ t2 j9 `237
6 T4 v4 h8 Y+ V6 l) u238 V! ~: _% _. n* b7 n
239
4 w) K; O* ~( y( I4 V& S0 A( X1 s240
/ M! Q0 u( X# ]9 b5 T7 b0 W241' `8 x7 g8 V+ z9 l6 T
2423 L' F5 q; O8 X9 x2 m' y" k
243
0 \/ D/ ^& r' B8 B5 R9 I) i8 ^244/ S2 Z/ `8 u( o$ C9 H
245
2 B' A9 Y/ a" Q) G) P1 b246
0 q: u" i/ O) n: u( F. c" Z$ k3 i2474 h5 o V4 U L% L6 Z
2487 w* M* H' l I
249
& \5 x9 x' E' N) x250, A, l2 r3 {" M1 X, H: S
251
, O3 y# i9 A0 l2 k3 }4 w2 [252
& x; Q4 Y3 F6 {253
; ~* t3 S* |9 r/ \6 a3 b254& ]: \$ H" ~) W n- J2 p) m' h w
255, ?% z* l6 z8 o2 g m5 Z) i
256
$ c; B( v7 l. `) Z7 @257% \3 v( N7 M1 Y
258
* w& M% e; _! Y! S2 J+ q# n259
2 I1 o' G; _/ R7 g/ H) m4 I260. f* V$ n' Z, v! X1 Q1 n
2611 l! D9 C4 h6 @4 O, D
262
* [; c+ H* a( ~8 G9 w: X5 K% C' P& n( _263
- X4 l3 P: k% h: D0 q* V264+ b0 ?9 c6 ~4 n4 E% x
265
; K3 H2 G- C: ?; Y266) W+ F0 W1 r8 U3 @/ g; O& ~% Q( o( m
267
9 V) k9 l5 Q, D \% ?2682 {' Z# D* I. |) q# _, o
269
# [' c' d! h% \ w; y9 p2 s) Q270" w9 p& }# X# W, X9 c+ D
271
9 \% G0 y7 y" P4 \" t" j* \9 a272
t/ a. H0 h8 N7 I$ D' f' m& A2 a273
, `1 D) i H: e- X274
6 X3 A( r& b1 g4 L4 A: o* H* z275& h" h. W. _- o" a6 h
276
/ f" j- s `' ^5 M1 g* w277- z0 S0 v0 j. n8 p( d
278
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