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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

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    群组2019年数据分析师课程

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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. |9 Y9 a9 a3 |
    , L& s4 G5 q" {; @2 \  [3 A
    决策树模型
    7 ?- j' X/ }+ j! h目录" q6 q8 Q2 x' {, D( }
    人工智能第五次实验报告 1
    6 x5 L! W7 J2 N+ Y1 o决策树模型 1
    : B: I2 n0 d1 G8 f* m8 l5 a; K6 s一 、问题背景 1
    0 d& {1 s: I2 {/ _% ]1.1 监督学习简介 15 P- M5 m# E: L
    1.2 决策树简介 1  P1 \; t. G3 v( c* o7 [) {2 R) m
    二 、程序说明 3( S8 h, \" h. ~
    2.1 数据载入 36 J, s# P. x4 _; \  i4 l" E  f1 K
    2.2 功能函数 3
    - Q* D2 n+ F5 i" n& h2.3 决策树模型 4
    # E$ v0 P, a4 B( A3 c2 r( l三 、程序测试 56 b  Y+ y' c2 E
    3.1 数据集说明 50 {  U5 s5 p" H. A- p! T1 @- o
    3.2 决策树生成和测试 6
    % m; X) J0 _8 `! \4 w3.3 学习曲线评估算法精度 7
    4 w5 V, {  u# m5 |/ D6 ^四 、实验总结 8' o6 Q, h+ X4 `* D2 V& Z
    附 录 - 程序代码 84 u" a" B6 w0 i* |" @
    一 、问题背景: Z, e  L, G; H7 g) [( F
    1.1监督学习简介
    ! Y+ v" n; }1 f3 K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 L0 e" j+ L' ?; w# {6 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。% F& v; x: _- c: S' W& P6 m* ?
    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。
    3 V6 N& ]# |; g! q0 W: ~1.2决策树简介
    8 e5 Y$ ~7 K. i2 S% W9 |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。
    / l$ i6 Q4 C; i, i  A0 O决策树的组成
    * z0 O6 b5 P& A& h9 }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。
    / {; ]. v- t. Q) D: H7 h
    . B% t" H' A% p, C" N9 oimport numpy as np( G) U  }% m' l9 t1 I5 P: U4 F; i
    from matplotlib import pyplot as plt) i# Z* b3 ~/ e0 U
    from math import log
    9 M# `: v' ]/ c/ B2 c. g9 fimport pandas as pd
    * I' p. P* H0 s& limport pydotplus as pdp1 ?& X" b7 M- Y2 _! Q, [: @$ Q* A& M( g
    0 O4 C, m# J& }1 G5 }- @7 f
    """
    ) W: d( X* }5 i8 b19335286 郑有为" \& I4 M- f) K$ t. }. B) P
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    1 t3 K* r! M9 K"""6 m" Q  s' r1 p8 _8 T

    ) E8 Z: t2 v4 V0 x0 _# b4 b( S- @2 xnonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    0 }$ s' r' F+ S' p( e! F/ jcolor_i = 00 G4 ^- d8 R/ q5 [  g
    # 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! l' e+ z! c6 R, G5 ]/ Y! u
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    % N5 w: g% s! t# w; E$ ]4 B! s+ ]. [7 R0 Y. S' K
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    2 [- G& E7 Z, H2 m! S+ u7 ]0 y! Eclass load_car:( b* B& ]/ Q* x4 s( q) W
        # 在表格中,最后一列是分类结果
    " ~9 K  k8 Y+ e( j    # feature_names: 属性名列表
    % }. a- I* {* A    # target_names: 标签(分类)名
      i" |' P- L  O4 ~8 Z5 ^    # 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+ U4 t. ~  }0 g5 U' V6 y/ d* H
        # target: 目标分类值列表
    # Y( \/ [; j: ?$ g- }8 _8 G" c8 {    def __init__(self):
    - B' U/ c' o6 z5 b! r/ h0 s        df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    0 _, B, m: J9 M$ ^8 i        labels = df.columns.values
      X' E; x# C% A/ U1 s        data_array = np.array(df[1:])
    & Q9 H! T8 _  b: w6 v        self.feature_names = labels[0:-1]
    - I; g; i" J, f6 }1 p+ ?) y        self.target_names = labels[-1]
    7 i; ?6 Y2 [: ]+ G        self.data = data_array[0:,0:-1]& u$ e* n% `$ a% d: B
            self.target = data_array[0:,-1]
    + s1 `$ Z+ f4 R" Z* X) w: |* D" y0 D3 g. p) r
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    # b4 ?* p3 P8 f. [class load_mushroom:# j- `- \& x! b  z8 ~
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.' t/ e8 W0 S" S9 X' O% E& ^
        # feature_names: 属性名列表0 `6 \( U- q* m6 e2 H0 D* N
        # target_names: 标签(分类)名9 C+ K5 Y" n% j; m
        # 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  F$ z; R8 _& n% o- n6 ~
        # target: 目标分类值列表
    7 {2 Z4 X7 ]2 |2 z. `    def __init__(self):
    3 @3 F' ^- U$ N# {: y5 J6 W! n7 l        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    * p  }; \# ^$ u# ]        data_array = np.array(df)
    + E3 [$ A' {( `0 N0 w        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",3 }6 i- J: v9 s1 A
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    ! z0 \2 h  R8 c: ]. N! B) a* a                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
      h+ r" u6 o+ i5 u) J1 _2 m/ }7 |                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]2 f4 s4 E; `# ~* v7 W, E
            self.feature_names = labels[1:]
    - X6 X* f+ {$ u9 ]+ N        self.target_names = labels[0]
    / a6 M* ?+ U# }: y        self.data = data_array[0:,1:]; u$ ^0 _) K( P' X! B
            self.target = data_array[0:,0]
    ( |3 d) k5 P0 z$ L, [  c! b0 u$ C
    4 P7 H/ v' r1 t& {) k" F5 F# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用6 ]" A" U+ \: G6 m" D
    class new_dataset:8 @- B+ k% b/ K3 C, Q  ]$ }
        # feature_names: 属性名列表, O9 F+ x  `# @( X$ H& M# x, W
        # target_names: 标签(分类)名& B  M" e6 W3 m; D1 l4 k. ?
        # 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: U% o9 `0 P* U; Y5 p9 c
        # target: 目标分类值列表$ C: W3 S% g4 ^* N
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    . I7 h  I  _  Z- l& c        self.feature_names = f_n" P4 G9 X6 @" h3 g1 J: h
            self.target_names = t_n  z6 J8 m0 d5 \
            self.data = d
    3 f  R( _' y6 l( c+ i1 V# ?        self.target = t* j9 f4 E" {. }, E  P. i

    5 u+ F- \; X. G! A: e0 N# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    ) R+ d, j. i, @; L8 x) d, A#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    , R6 R' L* s! @6 Y# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    ! I3 y# J) I- O& C- Z7 e+ Xdef get_h(target):% J4 i% E- p) R( l; u+ I  U0 |  T
        target_count = {}9 Z6 A# H# S) Z- D/ n
        for i in range(len(target)):
    # D5 N" f- [3 O0 L# g7 b; I        label = target
    ( @9 y* x2 x  O        if label not in target_count.keys():: \# L" `- `& p* M8 N! _+ z" j8 d
                target_count[label] = 1.0- g" \7 k4 H1 \. }) h; T  n
            else:
    ' U2 R3 k" t, b& \6 a            target_count[label] += 1.0
    4 \& S% o  t6 l9 r  j2 s6 ?' C% g    h = 0.0
    - _  D* ], Z  w4 j    for k in target_count:  F; F. d' w) l" \% f" S. q8 t
            p = target_count[k] / len(target)
    9 q6 M, K% N9 A" \0 z/ y* E        h -= p * log(p, 2)
    ; K/ E6 a1 ^: |3 }) m9 B$ C    return h& E1 o$ s. X& X0 U4 x7 |/ C  D3 N

    ' L4 `! R$ R$ S- u; N5 V- p+ M# K# 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_value4 l  N0 c2 e3 ^$ j7 m
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    9 a* G. \3 r8 Z, c- [& m  wdef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):( v+ @4 W( Y3 D
        sub_data = []2 Z) Y" ?- ?% V9 |8 Z8 j" C3 P
        sub_target = []- \9 g3 h# f' t+ q4 \- g% l
        f_index = -1
    ; m$ h+ |# G# X* a/ O    for i in range(len(dataset.feature_names)):. U  b0 K6 G' L5 D$ E% M2 v
            if dataset.feature_names == feature_name:! O& w, ^4 m& q% A
                f_index = i
    8 h, N0 _0 z( c; @            break
    ) }& I9 i7 T: U4 S7 X8 [6 v, I* D. _/ y/ e1 H; O0 w9 M, }% W: u
        for i in range(len(dataset.data)):
    $ j. F$ ?, O& D: \) M1 a7 i        if dataset.data[f_index] == feature_value:
    2 y/ ~# o! y3 m. J            l = list(dataset.data[:f_index]): A) l2 [+ Z8 |6 M, J/ Q/ v
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])5 b2 }+ f/ f2 c& b. o  m0 Y/ g3 z
                sub_data.append(l)) }& p' m/ _5 C
                sub_target.append(dataset.target)
    - N3 u; V, a: t+ k) g# i  I# ~  x; M6 X5 X. N5 k* P: h
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    6 f3 \/ _0 f! S8 E% w$ S    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])* ~! Q: a  c8 Z) t( {% g
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    ; ~, d: U7 ~9 |: Q* y7 R
    ! w# T7 T* D* X3 Z: o+ f' w# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    $ e+ S" {  z: j. b2 m" f# 信息收益值划分该数据集前后的熵减. L/ T) N$ w4 e( g, b+ A
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    1 v! x$ S8 R  a2 u; j! e* edef best_spilt(dataset):" n: T; R+ T/ j( R
    9 n1 n# C  s; s( Z' o" i' X
        base_h = get_h(dataset.target)
    ; R5 d  H% m5 P1 Q$ t) ^7 }6 U    best_gain = 0.0
    , E0 |6 P3 z4 ?. y( e' z    best_feature = None
    ) k) Q8 d7 C9 |! `9 i& s# g+ t# Q% w    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    - P- K& z. u+ h9 p! }        feature_range = []
    6 T7 w+ [* d" J& E8 O        for j in range(len(dataset.data)):
    5 p7 H% ^- u7 y+ \2 ]5 S            if dataset.data[j] not in feature_range:: s# X1 [4 }7 `5 ~3 r! V
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    0 ?2 H, z; n  ^; e7 \4 M1 U+ x( X* r2 n5 O, n, G2 Y
            spilt_h = 0.0
    ( u  o$ N6 `7 v' b7 N& f3 Z        for feature_value in feature_range:/ j( c3 D  |" a2 z
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    ( T" u0 o0 T- m( D2 E  a            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)3 M5 u  x' G, m4 P
    & h$ ]) b0 U& j% c$ ~: w4 ~: W
            if best_gain <= base_h - spilt_h:1 }" A# H. F3 y% K) l& T3 s
                best_gain = base_h - spilt_h/ t$ Q$ ~( U& `$ {! N
                best_feature = dataset.feature_names
    4 [4 v& F: P& C/ ]& i! `; m3 l) o3 d% z/ r4 R# U- S
        return best_feature
    7 m5 t4 Y* F" l9 [; P5 g4 N4 p% h5 `' A) v+ ^$ D3 g
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签& i' B5 M# G, b# a
    def vote_most(dataset):. @& D3 D9 l' T  n0 ?1 t" d0 h- [
        target_range = {}+ O/ V9 ]$ y, i1 K' t: X
        best_target = None: V7 c9 o! F% |. I
        best_vote = 0# L( ]# K! X/ q* k/ Q( P. o

    0 z( V" ?  C& ?- o, F    for t in dataset.target:
    * C; e. D" T# \" S2 h        if t not in target_range.keys():/ K2 m. ?4 i. U  v
                target_range[t] = 1
    2 j8 g$ b  H+ J2 i# s, _        else:
    : ?' {: J: Q! f$ |& N4 W3 F            target_range[t] += 1
    9 W9 \  I6 z# v/ B; ^$ w3 X% Y9 w2 ]9 B/ K" [' e
        for t in target_range.keys():# V- O% n* U* o9 I" S
            if target_range[t] > best_vote:
    : v& h. j6 L8 O6 F; V            best_vote = target_range[t]
    - p( k7 o7 g3 Q; Y            best_target = t8 ]) u2 J+ k0 A
    . E, u5 R% d0 {' S8 e8 r$ ~- z
        return best_target) B3 W+ _. D- n4 ]8 E' F8 C

    7 `7 R/ Z9 J* s8 g# 返回测试的正确率; H. y. Z' f7 r% ?1 ^
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表2 ~3 O9 `# |6 r" }5 T, m
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    + B- E: A- g3 \5 W6 c# g+ d    # print("Predict Result: ", predict_result)
    5 }3 a" ?) O* ^* z  `& c    # print("Target Result:  ", target_result)
    1 t5 j! S  J% A2 Z0 X% N    accuracy_score = 0( w8 W9 ^1 c4 l! c5 F
        for i in range(len(predict_result)):
    2 O& ]- B$ l5 N        if predict_result == target_result:/ D3 X# Z, n( I7 k% Y9 m. I/ Z
                accuracy_score += 1; w  f) o$ V7 L
        return accuracy_score / len(predict_result)
    # E% D& ]- W! O* ^9 d% c0 x- k2 A2 u% ^, [0 F3 W3 }4 d  t- R5 B" l8 U
    # 决策树的节点结构
    % Y" Q' v, ?% G) P- ^class dt_node:
    ( [* d  p& j, b4 y: J
    6 r+ Y4 M1 \2 `: t: n# b2 @* d    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):' T: W, ]9 d# Z5 D5 }
            global nonce
    6 }1 o6 `$ t; o+ U4 |7 o0 K" p( f        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
    ) ?* W3 n5 S* L        nonce += 1, z- e! L& P* T; W6 M1 [; V% |2 `2 J# x
            self.feature_name = None! P# t' d" b2 P
            self.target_value = None5 z" I" q; Y! b; O! |$ J- A
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    5 R" e3 x( p' G. S  x! k' @* o1 x        if not is_leaf:
    ( D' V* A* |! i9 @: f* z/ z            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名. g# K4 e& o9 n* ^
            else:# p- L5 M2 {* }* K+ @$ k5 |
                self.target_value = content # 叶子节点的标签7 ~1 V6 D* ]0 N/ D# g% R. o& S6 A& P

    ( }' M7 l' U) I* R+ a  j( e; |  b/ J0 ~        self.parent = parent: u% S: D4 f& N
            self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值: a0 I( b8 h1 `& x& i
      {4 U& Y  J6 [, H& G
    # 决策树模型6 O' r2 h9 t5 h: T3 K
    class dt_tree:
    9 f* B/ b  }+ X! |8 l! O* D: }
    9 K% F1 Y3 R1 ^1 h6 k    def __init__(self):
    : c/ }: `( \. s        self.tree = None # 决策树的根节点0 O7 ]! g1 s& @* |2 N- P, A' j# h
            self.map_str = """
    " F2 t. j  z5 i: B            digraph demo{
    . _4 F- x" a. q6 Z9 U            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    . W. q% {; n# u" G7 n            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
      M2 k2 K" d1 s: q& C7 n3 n% H4 c& ^            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构0 E: p- W- p( _! V
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    0 U2 h( E6 l9 Z' ^2 U/ `7 I8 Q1 i( K
      }# f( b: {+ Y& k/ B# s" V    # 训练模型, train_set: 训练集$ [7 x( l" {( _- y( R
        def fit(self, train_set):" q, M; J, U5 r' v  c. o

    9 M6 h8 C1 v0 \        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8 _6 d& [8 i$ U( l$ V
                return None
    8 R. P: B  @) T* @# Y( f3 Q
    6 @4 I5 f% d- @        target_all_same = True+ G$ O+ \1 H; }
            for i in train_set.target:
    " O8 M% x5 Q3 {            if i != train_set.target[0]:
    4 _4 C4 K8 E) t( H/ o! Q                target_all_same = False+ b' U; l, u' a% W% P' `6 O' h
                    break
    # i2 x# s. i* }9 B; h* s0 I  n# x9 W: @3 x6 s( h, z
            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
    ) i% e/ U) {; y* x& q. w1 Z* Y            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)5 j5 R$ |. B5 d: _
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点* ?6 t* a$ b: X4 ?
                    self.tree = node& {$ c/ t0 G# R# L. h

    : r0 [) X* f1 b' b" r            # 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
    . d, t6 [: R2 R            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    % H* O6 I/ P$ }8 B0 y9 O            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    9 b8 f1 T5 V! j) W7 }2 Y8 H( C% C6 N$ n/ c, v
                return node2 D% ~, t1 d8 ~  m
            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$ k6 [5 h: A2 o3 U9 X# c
                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 G/ t7 N# k& G1 H
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    & q% Z9 X1 D( r/ v; T/ i                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    9 O' Q" f- l0 G" I) ?                self.tree = node( f( g5 h5 c$ s2 P, {5 C' p
    ; |- z, {% u8 m% T
                # 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
    : }) d* y( I6 A1 _5 W# u0 G            node_content = "标签:" + str(node.target_value)* `1 P0 d: g% b/ z
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"$ q0 M4 K& h5 N) j* ]6 a

    0 r# c" j% H6 P6 W            return node
    % _; r9 }1 c; s4 j$ X% j% C! o        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    * m/ Y! w% e7 I" H. |3 f/ u2 U            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值9 ^0 D% t4 K$ w  a& e1 I- B( j
                best_feature_index = -1
    % k8 l  i+ e; o4 w            for i in range(len(train_set.feature_names)):
    0 f8 Y" b- J7 I4 `; p% S0 z                if train_set.feature_names == best_feature:
    % V7 r( D: l; N, _' {  I) v  V                    best_feature_index = i) m0 E# g  W6 m8 I
                        break, t: N, X8 r+ w  V) A% w3 h) Q
    4 }' F' D  u3 p, e% n
                node = dt_node(best_feature)
    & ~! V, F, p& R) E            node.vote_most = vote_most(train_set)
    # c7 J* J7 [+ s  d7 H, Y& v            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点: r0 {8 e2 U4 u1 c- x6 c
                    self.tree = node5 W; m* \- e  r) J3 n( I4 P3 C
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    ) F6 C9 t4 R. o- C( n4 \" y                for i in range(len(train_set.target)):2 _2 b$ B( C9 f( F- ^' H6 J
                        if train_set.target not in self.color_dir:
    8 e+ r3 e+ b% w4 a. R5 n                        global color_i3 r- ~6 M$ ~4 [  c
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]; f% z- w5 t: ^
                            color_i += 1
    0 G" T; Z9 C& \2 n                        color_i %= len(color_set)
    9 S" A0 t5 [, D" P/ r: t4 [! G9 c4 r/ ?: q- w: V
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值' T+ a& N- r) n
                for t in train_set.data:/ S  b1 `+ t/ E0 z( \
                    if t[best_feature_index] not in feature_range:, v5 w6 r# W8 {8 [8 Q. I
                        feature_range.append(t[best_feature_index])
    2 {$ @5 o& |# E$ k0 d: n5 z4 ]3 T( I# z
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点0 \- Y3 D' v/ d( C4 j, g4 i# C
                node_content = "属性:" + node.feature_name  G& b# D1 F" F# _
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n", Q( u, C$ J" C( m5 W

    % i- d4 `- f  k  l8 ~) c            for feature_value in feature_range:" ]) |6 W$ g* C  F
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    3 }$ B2 t' E% z# k+ G& y( ?                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    & S: s6 ^5 m; D+ d0 c/ v                if node.child[feature_value] == None:
    + C* P' q. t6 q6 Q* N                    # 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
    * [8 n- I0 G4 q4 b                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    . I: {5 ~" \. c3 D' ~                node.child[feature_value].parent = node
    # o- q5 Z1 a/ W; ?! U8 W" n& r
    ( _- d# k' m7 ~5 P  M  N                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    1 I3 {* p9 Y, O; b                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n": T5 O+ U. k: y, r
    9 S+ O' ^& S% M# c+ A
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    & Z6 ?; \6 X) W% W7 U, {# `- O# U& ^4 S            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    7 V9 T% D# G+ d) t) o( ~            # for feature_value in feature_range:" [3 i3 P7 \: Z" V& ^5 j
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    1 C3 E. v* \5 z% C/ p: s9 i            return node
    2 Z# n0 B7 k: T- H
    " P# f1 I2 l4 G- c# g7 L. N    # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    . [  L1 W" B! K3 D3 d% ?8 P+ n3 n    def predict(self, test_set):
    $ Q& b( l5 H8 z# w# s        test_result = []% Q$ A2 I, b* G% ~# e5 ?
            for test in test_set.data:
    . p3 ]2 f7 b+ \; J8 b3 P/ c9 T% {- j            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点% k3 C' n  ?9 ^! U8 w6 j" a1 H8 ~- f
                while node.target_value == None:
    . e! Z8 s* I9 `" n. Z  s# I                feature_name_index = -1: K+ M3 j) ?" F, w$ Z( Z0 g  d
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):# u9 K  E+ J+ T! F/ U  R3 ?) m
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:$ I2 V* s% p- M. _8 T2 q$ U
                            feature_name_index = i
    % a+ y+ `( s, U( d* L: ~1 M                        break4 ]: s. u/ N" e$ d- O6 D
                    if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    8 ~( f& K4 ^* a! B- F1 M" M% d" A                    break7 l  i/ r0 ?$ j8 |
                    else:
    ; h: ?2 W8 @  r: n                    node = node.child[test[feature_name_index]]; m* ]) @$ t- o  R

    / q7 R; U) {$ |4 i4 Z  B            if node.target_value == None:
    - u0 A& f* y1 o- w% d0 k                test_result.append(node.vote_most)5 ^: D) d% d: P
                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) G9 a3 l, U, `9 f) H/ ?
                    test_result.append(node.target_value)$ z+ K  l9 m7 H: N  g5 q& G
    - g5 {' P( U# ^6 R% s( f5 ?" t
            return test_result( E0 c; ?% z4 h) ?

    - v0 N3 g3 ~4 G+ u5 u# e    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置. _6 u2 e+ w' c8 B0 A
        def show_tree(self, path="demo.png"):
    0 s3 V" Z1 N! k: P" V- H# W2 m        map = self.map_str + "}"
    & K+ B4 q: H9 y1 |        print(map)
    5 Z. x% m8 {% k+ g: |" U/ i! P        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)% o) U, R" I& f2 P; ?5 m1 y
            graph.write_png(path): }9 g2 B& |  l; c- x4 |& _% X$ G
    * t/ n6 Y* g8 R2 T# A
    # 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- M% P6 ~$ S4 W7 J+ D
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    + r3 ?8 A! H# b5 m4 e& p    c = dataset5 y5 W# _1 ^; f; {$ n# [5 w
        r = range(5, len(c.data) - 1, interval)! H8 A( h0 G! e+ x+ l
        rates = []$ G+ w# R% g( r! L6 o
        for train_num in r:
    : ]6 L8 z4 h, @* u. `! o0 y        print(train_num)
    4 R: Y4 g, g" y# K, Q+ S        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])- ^  U( V+ J: Z; W+ G% S1 M7 F
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    * \1 _' u3 x( ]        dt = dt_tree(), x( a, X" e6 D* X7 Y5 E# w$ D" c
            dt.fit(train_set)
    ! Q2 S% D/ I, `1 u        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))$ A- l& v6 P5 P2 u2 t2 z

    , b" e8 J5 [1 a$ k5 I: w* _    print(rates)1 ?6 w+ e0 [4 }4 v9 q( U
        plt.plot(r, rates)3 C6 _5 r5 j3 M5 C
        plt.ylabel(label)% {- H! a/ N0 I/ b. c1 Z
        plt.show()
    7 d9 Y, Z* F1 B0 M0 h2 u- e1 \
    : u' q/ H1 W+ U- mif __name__ == '__main__':
    ! p( M% Q, j  o( L$ }1 I" s6 W5 K/ _, W1 u0 M2 d5 j
        c = load_car()  # 载入汽车数据集, p5 ^5 g4 X) X; v9 G5 C
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集6 U& U8 ]6 z4 M8 }5 L! t
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)4 B! n: Y* l- m" d5 U" B  s
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    4 _+ E& s2 J9 |7 u    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])# A3 A; [) ?4 E3 b
    0 C7 ~/ B. `. E; W
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    9 u' w/ z+ |1 T: ~7 M: A    dt.fit(train_set)  # 训练( y6 j1 l6 V2 i3 s3 W1 E( U
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    ; R. Z* s* g$ I1 I; [! i    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧; @( w8 f# {6 c; C. L8 x! F4 c
    3 q7 Z2 i5 p- u0 n" {) ?
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car"): @% y1 Y3 {3 L6 I# F( H
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)$ d# M; Z1 ?5 I( ~
    , S% |5 U8 m( ]& x5 P
    + N7 ?" R* y# g9 i
    & _( g" W4 {, @1 `- b( h9 Y4 E* K
    10 S- O8 w6 X& i
    2
    , o" ]' t$ b" a7 }' y/ L3) _2 Q- w, `. d# S1 e% v. S$ k) Q
    4' g8 `: b, s  g0 x
    5
    ! n. o, A/ [  q1 B9 L1 m6
    - R2 O6 W, T- ^& j& y7
    8 w; z  ~8 S3 t5 W) L8
    ) e2 {8 h1 J9 I& G9 j91 C9 o  k) H6 g2 `1 o+ D
    10
    / }0 u& }, F- f  C0 W11
    + f# `1 |- E3 M* C3 _12; \: k2 x4 o0 L- j
    13
    & n: Z+ j% U. M8 P- C  X7 l, N8 y( ^: G14' a6 `) ]- i7 Z4 O* L( e/ ?. Q  _
    15
    $ }: j  @1 G; F3 A9 J8 _0 R( |165 W! \' i8 T1 ^, i% g) K2 W2 v: z3 Z
    17
    4 H& B0 F" D' c) ^8 B18
    3 E9 F$ Q: I7 U& K' B19% ~, D; B2 Q% Y$ g; k. T
    20& i+ D' |5 E# V6 W; F- e
    21
    3 n! h9 {9 p5 q22
    , K% G! L5 v# u" g7 d4 [9 b; C231 E' ^" D5 c0 [! A3 g$ Q. M; E6 r7 Y
    24
    4 ?/ |& `1 b) [: r; x25
    " T: `0 a1 M+ Q! a8 b( w0 @0 g26" w1 _1 w1 I% d
    27
    # C) R+ d- t, `3 \28
    , W7 _2 ^/ V3 w3 S+ p; c29
    , R2 t3 K/ j% \. M8 W30' i" A+ V1 D5 r: A$ K) ?
    312 Z) u  n& g2 ]4 r  \* ~
    32: F4 U; B4 g$ f6 u9 H
    333 l' ?8 m- v: P  b: ^4 ^7 h* V
    34( d: ^2 G* e8 Z; z# I
    35
    0 r+ u9 ?8 i* U7 r1 U0 q. |+ k36
    / j2 z7 c1 ^! F$ \379 M( c; Y6 n+ w* \8 |2 ?: \
    38
      R5 p  p! X$ f5 g  h39
    / U  [2 u6 K8 t. t- g, P6 s! x40
    4 Y, a! a8 N- V, `! m6 U4 t41) Y2 u6 |5 l3 n2 b+ T
    42& t8 V5 z# A' a$ T- \8 }
    43
    * ]) r' {' U6 v44- z8 ^6 s, w$ o
    45% I3 J+ N& @/ x: i" W  Q9 s, d
    46  Q/ _3 M; V' y7 I$ v" R0 d8 e# L% \* O
    47
    . [! @0 }8 I8 N! r4 G480 e+ g9 \. O) J
    49
    - j) }4 v1 r2 U6 P50
    + {' O- C9 K* a. X, R- O/ K51
    8 I& x3 ~& j: O52
    ( \+ T& B" R; J, J+ P536 k  c) K2 {4 H) I. i7 J
    54
    1 G& z/ i$ Z. [# X6 S55# D% B4 J' _& B) Y# }
    56
    . Y7 U# U9 [1 I6 {1 {$ P& k+ N' F57
    0 U! L2 F' s+ x6 t( u58
    0 V( X$ f3 _4 B/ [: _8 u59/ m9 s9 m/ ]  T; a4 e
    60
    # Q9 I" B( z2 b9 D; s61) w+ m* N9 {  ~" j4 x, `! b3 s3 N0 M
    621 f9 l# w! i  `0 Q# {; s, c
    63
    " m( Q! o' `" z4 ?; d9 x: C8 J64  A8 Q3 Y2 W& x
    65
    0 U1 D! _5 D/ Y( k, @# n1 U66
    - R6 w2 e/ @! M+ ~/ `) k672 ]3 O, J( Y; H( d, l& v+ \
    68! @( k0 M  x" ~% N( p
    69+ g. C( Y  o. D! T% S
    70& o+ m( ]; K7 B* r' Q
    71
    . d2 O: J, G, Z1 \# y725 A3 F' r0 |  {" ~/ a# o
    738 i6 y6 Q) J8 i: Z& C
    74
    + Z2 g2 C8 G5 ~" @, l) A75
    5 g* V! L7 u3 j) D6 y76" v. j$ t, U" O0 ^, J: C) @
    77' V4 A" T  F. R; o; |
    78$ @7 p# d/ o! N  E7 ?6 |. o# t
    79- G; b! m. k  Q4 U
    80! H8 h! J4 p- M9 X6 W7 K
    81; V, e  y7 P' j* L2 E; z4 Q- ]3 ~
    82
    : `( U1 Q6 A1 f/ V9 J83
    ( g7 }  Q2 B4 k84
    ( D: X4 K$ R$ j. d/ i* k! r85! s# [4 s. n3 ]* w4 Q: @3 h, x
    86
    , ?9 i. u& r7 O. D, |87: R" z3 l- Q: b# S5 o( v8 o
    88* D0 \3 |1 i9 Q
    89
    9 |: ]" A1 E3 P4 n; m, I1 a, \90: Z/ t7 q: F# A, H7 x; ]
    91
    / }) A) n* e/ G! e( d92
    # Z9 i. y/ J: T: Y4 N* y% O; V93
    $ E* `- R8 \" ]8 s! i# M94
    2 l) J  I- z; U6 }" d& A# p959 U$ M/ d  r0 r0 \
    96
    + S% K) K: _* y+ ]2 C97
    * |6 L0 o2 H- k1 P/ r. K4 p( {& y0 K989 V; u. d5 N& `, w/ Q. r
    99
    # R3 u9 ^! j0 b9 j% W9 M( b100
    ; m5 ^' I# X2 q9 g101
    2 M" H2 ?+ n! n" `8 ?" o$ F102
    9 a0 D' k, n7 V9 K* B* b4 G; B103  n5 B& T% L  ^' j/ q5 ~7 N
    104
    ' P) w0 k/ `* S0 c: W' V105
    ' R/ q0 F9 }# F3 q1 M106
    . L' `) v; X7 w- W: _7 Q107) n! g) ]4 X' T( s" V
    1089 c) n( C1 h8 b% Z
    109" G- j9 F6 d! y. }
    110
    7 M) ?- S9 |$ Y& D/ t% ~4 j" ^111% F& b: L; D! }* s% C" f
    1124 G2 Q: J8 {! j  F% V
    113! i0 D8 o" A- N& M5 y
    114( D* X! c7 j  j3 U) p7 O
    115
    * u4 C  z$ [! b: \116% M8 a' O( f8 K: e" j$ x( ?& j
    117
    6 d# W8 i" D& A3 w. z. E2 x118" a7 ^, A  v; g* M4 o# t
    119
    , x. \+ H* m! i6 n8 P) r120
    1 b. _7 F" A. S" X' [. ?5 O1 O121
    5 @2 E, M1 q* l6 L* r# E2 M. m+ Y122
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