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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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    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 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

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    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" P/ O  A1 g* {5 q5 ?

    . v! i- k$ a+ R* B决策树模型4 J1 y, A& |' w8 ?3 S
    目录& a5 G& o0 H% M0 j0 [* p8 u
    人工智能第五次实验报告 11 ]+ Y8 D+ h) _6 t: u+ u! j  I+ @
    决策树模型 1
      m# m* `4 z7 V. A一 、问题背景 11 q! u6 z6 i& k' i% v9 ]
    1.1 监督学习简介 13 I; k8 {' O' R: t7 N% g
    1.2 决策树简介 1+ J% `6 Y2 D5 ?, F9 I3 \0 m1 ?# C
    二 、程序说明 3
    1 P5 ^' \" N0 ?8 n$ R- |( Z  v2.1 数据载入 3
    6 W2 f4 Y% ~7 q" y  ^9 q2.2 功能函数 3
    0 M' [5 O% [2 ]% q" O9 I2.3 决策树模型 46 p) S  z: O: |0 i/ D
    三 、程序测试 5' l8 o. ~- {5 k$ J0 \/ [
    3.1 数据集说明 58 d# H# R& Q. h/ F
    3.2 决策树生成和测试 6
    ! S. d2 z; ~8 |5 d* h" S0 R, q3.3 学习曲线评估算法精度 7* k  G5 J( H: d  L
    四 、实验总结 8
    9 u& U$ d' J' g& m" \附 录 - 程序代码 8
    $ ?! r, K; O# p- b2 n9 x% c4 J# D一 、问题背景
    1 B4 U! X- R" o6 L! Y1.1监督学习简介
    ( J" @7 \( Y& J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。, f5 B. I; r! j" d+ x% F
    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。" \5 r  J* e- b; q) n' I9 J6 |6 b
    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。
    6 [1 g6 `; ]7 o8 J1.2决策树简介; t, k5 [+ c( [8 B
    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。
    ) k1 p8 x0 u- ?: s% ]5 m3 U# ?决策树的组成* L. E4 u9 g% U
    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。% k# _' M% A7 E8 n2 g5 C

    1 e+ A7 x) U/ ^+ c% ^# ]8 l9 Dimport numpy as np( _7 ^% c4 j5 g
    from matplotlib import pyplot as plt
    1 {2 ?) g9 ^, U4 {9 [) e; Zfrom math import log% ]; P+ b, \% ^; a* E1 _
    import pandas as pd4 _2 V1 v7 W# n- ]
    import pydotplus as pdp
    1 c+ Z6 D$ ]) h4 g8 R8 C( A5 O7 b: T' X# Y+ {
    """) h8 o- ~* N! m0 L
    19335286 郑有为1 ?/ d9 d. D0 Y
    人工智能作业 - 实现ID3决策树
    4 T4 x1 G9 q8 |; _& B) B; Y1 l/ R"""/ F2 W2 z' j5 ^

    % f9 j) o3 H1 c5 S' g* q# {0 unonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
      M1 O2 P; j" ^' T3 f% |color_i = 07 {6 g, X7 H1 U9 x) n' ?6 Q
    # 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
    ; i: T  F' K5 Z; K- i! T. `, t5 ucolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    6 c* D2 U: T4 s( s* `! T' p0 u7 A# N- G: q+ M
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    ! P! z( ~9 z2 f5 b9 E- F8 zclass load_car:
    4 ~2 o" z6 d+ t- B2 e7 n( I    # 在表格中,最后一列是分类结果
    4 l* r6 c8 D) `" [& J, f3 H    # feature_names: 属性名列表
    6 {+ `& x( C1 ~7 t/ M    # target_names: 标签(分类)名$ O4 E- m7 R) }3 \2 R' y* 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
    5 q, w7 w/ ]( E+ L; E7 S5 [2 w    # target: 目标分类值列表' I8 v3 r  t; {
        def __init__(self):: V! \+ h, P1 o& c# t
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    % T7 L$ \6 @/ \6 i' C  n# W        labels = df.columns.values
    % x' l' o8 k3 R# U; H# E        data_array = np.array(df[1:])
    ) [: Z& }- k! g7 U( J( i        self.feature_names = labels[0:-1]' u. w# A5 m2 ^  H- @
            self.target_names = labels[-1]
    ! C& v  W+ P/ f4 j* w, n9 L        self.data = data_array[0:,0:-1]% h8 K, i( {4 h
            self.target = data_array[0:,-1]( f% v3 a3 }/ }5 A( v
    - J' D" M! }3 v% q- N
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒5 [( h2 i8 \$ `4 ]1 l# A
    class load_mushroom:, S+ y6 `* }6 p! R. v8 `
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    , j+ V) r  u8 C' [% q; G    # feature_names: 属性名列表; L7 _( g; w; U2 C  F
        # target_names: 标签(分类)名. S$ Q8 y# m1 n' 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
    ' k8 p& N3 }) M. J" Z( ?/ v    # target: 目标分类值列表
    & X7 ^2 _# j6 J: a2 |+ E! f    def __init__(self):
    : S) s  \  e$ k+ ]* I, ~6 r  C        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
    ! ~! }" r1 S8 K1 r        data_array = np.array(df)$ y& H5 L. f# ?4 ~, B8 p" E
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
    % ?1 ]! z! s9 L% R% T                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    4 k$ ^* Y4 ?7 Q8 Q9 V9 ]" B                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",  b  B1 g$ ^3 g3 X: C" s9 S3 u
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    8 h4 J1 K, B5 u; I/ Z7 _$ [) X9 v        self.feature_names = labels[1:]% w) w: q; }$ R8 t
            self.target_names = labels[0]4 ]& p* N- N4 F7 @* j
            self.data = data_array[0:,1:]
    : M! o; Q) B$ S8 L4 ~8 t0 }        self.target = data_array[0:,0], c- o6 @/ B' n  \1 g

    7 q0 e# Z) S# D* m. \# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用- ]- W: z* |/ A, F
    class new_dataset:% c4 G8 i2 }* U6 p
        # feature_names: 属性名列表
    ) C! V. N# h7 ~- Q. m1 q" T/ z    # target_names: 标签(分类)名
    ; p5 k. L) L3 D    # 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
    1 w0 p$ ~: y: [% _# n* }( E    # target: 目标分类值列表
    " P& n5 d- {& Y) W' A- \: w' [    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):* q% ]3 ]: d% w6 p/ S
            self.feature_names = f_n9 i) y' V* e3 d6 H
            self.target_names = t_n
    ) e" n9 W$ |7 K/ h8 Z0 L& K% u        self.data = d: I& o( T$ Z! y! v
            self.target = t& s9 S* v% e% H) ^. W; ^
    + K( I7 F. S  f+ D0 s# X
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    : S" d5 O9 G& k7 n#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    0 T! e  N6 ]0 D& T  x5 K5 t7 y# target: 分类结果的列表, return: 信息熵- ~: b" }4 {4 M
    def get_h(target):: L8 E$ o- r3 z. J7 [2 ]8 r: W
        target_count = {}
    - F. [1 E3 K  ^3 `+ o8 |: x    for i in range(len(target)):
    ! V# e8 o+ k- ~  i/ q* V        label = target
    $ {: f  W, i' r+ W; \) j6 m        if label not in target_count.keys():
    6 I, U2 ^0 t* p$ D" }' Z) q8 {3 z; a            target_count[label] = 1.0
    2 A2 A% _, ?- J, |5 H: H/ v        else:/ }" y1 ~9 m8 W7 s8 G  H
                target_count[label] += 1.0
    ' n' F; ^, g  _3 b8 R4 Y/ W    h = 0.0
    - R7 \- d$ {4 l* K. }    for k in target_count:
    4 _# o+ w# `2 V6 u1 v4 u; V; H        p = target_count[k] / len(target)
    0 H' T3 q8 [/ `4 l, k1 C- H        h -= p * log(p, 2)
    4 q& q! ]$ N2 V2 I0 h    return h* C2 z3 N7 ]6 B) j# C: c. F: c
    # n  X# n# R% I' X2 t$ f
    # 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_value1 c  B% \; t) R' K8 M" ^7 u
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    : m. D! `* H9 \def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    ! U( H' V. {- Y4 f: Y/ ~- S$ U    sub_data = []
    1 Y# U, O/ Z! R) Z$ T5 k/ S( ], E    sub_target = []
    9 Z) Q' D- ^# v3 n( |    f_index = -1
    8 V- w) w+ N& N; ^. K    for i in range(len(dataset.feature_names)):1 @. z' Y! N1 S; S- _9 O
            if dataset.feature_names == feature_name:2 U2 e  q. t+ Y! c3 y) R
                f_index = i. p1 k# |. K, g7 I" s/ J
                break: N) a) W. z2 k$ a, P/ z1 R8 O6 A

    ! ~- ~6 k/ f% d' R' F- F9 }2 \8 c    for i in range(len(dataset.data)):, v8 d9 z2 D9 Y; g
            if dataset.data[f_index] == feature_value:
    " h) f3 N- N) |            l = list(dataset.data[:f_index])# M; J/ N7 V4 J9 j' Q) f
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])$ x4 c& `/ z) \* \  {
                sub_data.append(l)
    " V- m! _8 }% Q3 z; I! S( {6 k            sub_target.append(dataset.target)
    6 _- x: D* {" s" M: u
    & n- {" n: @% n0 i! R    sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    7 ~6 \) O% ^& D" ^" L" T1 @    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
      `6 z: D" S5 `) {. D7 l    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)$ L. [% X; p8 n/ D
    5 F5 m9 J( c6 o9 Y2 S! b' X
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    8 f* d7 I1 ?" m. K$ E- |4 ~# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    ' U1 W6 Z) V" B4 d7 Q# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    # q& n0 w; W) {9 M9 ^& bdef best_spilt(dataset):0 V4 A+ }- _+ n! q  j9 T# _
    & q4 F7 x* |9 Z+ `4 q: J& G
        base_h = get_h(dataset.target)% z$ r$ H$ `- U8 ]
        best_gain = 0.0& J* t' W" t  H4 Z0 \) ^6 g
        best_feature = None
      n( {, E2 N; e1 W( C- q9 E- ~    for i in range(len(dataset.feature_names)):
    & @" a6 f7 B, `$ R3 g. S- o. v# Y0 V        feature_range = []
    ! b: u" U1 X# [        for j in range(len(dataset.data)):
    2 |: m7 l2 H9 y- g8 {            if dataset.data[j] not in feature_range:
    6 W  K: Y+ G+ Z/ K* w                feature_range.append(dataset.data[j])
    - w- @  C4 G6 v% B' X2 T8 z- B2 Z" ?8 }
            spilt_h = 0.08 K9 i/ U2 L: {+ z3 o
            for feature_value in feature_range:) t) G! o) G' q$ F, p7 j" j
                subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    - w9 ^- E# V% u/ v* e6 ]            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)" t2 n( q4 Z; I  w' ?$ m
    - ^+ Z. K- |8 L
            if best_gain <= base_h - spilt_h:& f, J( \4 x$ |( @) `3 Y/ \& H2 }
                best_gain = base_h - spilt_h
    + e1 u) n+ F4 l2 E1 @6 `/ e            best_feature = dataset.feature_names, ?& {8 m. m) x
    1 P/ H  R2 P, c0 Y  S
        return best_feature
    ! S& D0 a4 @" {8 r4 m8 Q
      U7 m# L1 [3 _/ l4 A( ~* j  F# 返回数据集中一个数据最可能的标签1 T: O7 w: p5 D4 E
    def vote_most(dataset):
    % t4 `0 H, {( L1 @+ I% _    target_range = {}
    ) B) A5 U- f- d. e* h' y    best_target = None& j7 R; Q0 h" ?
        best_vote = 0  m, [; z  @7 V& x0 x( V4 m6 j

    + s! C: F& C3 Y9 L8 N4 v- a# W1 f    for t in dataset.target:( ~. J' ?0 T( U8 U) V% i
            if t not in target_range.keys():
    ( `" V: H+ \, Z; i- i            target_range[t] = 1, q# A6 s0 w0 D+ b0 a# R
            else:
    # P! W0 v( M. `( p6 u- I- X3 [            target_range[t] += 1
      ~) X7 ?' r( R! o, L4 v; o0 X  Q$ j6 U8 _& r- s
        for t in target_range.keys():
    " y6 L' g+ D; Z3 ]. Y; H        if target_range[t] > best_vote:
    $ E" A5 p% t" x: F& Y            best_vote = target_range[t]( A# y3 w; y; K- _, Z: Q6 Z6 l
                best_target = t
    3 n2 w0 y* f2 S8 |. O
    8 e2 I6 v, E$ R, i0 B; `    return best_target
    + c6 M  g9 H% o+ k/ I7 `" |- g. ?# M" l; e, V" K/ ?
    # 返回测试的正确率0 m, I2 b' L8 m+ m3 k2 T- ~/ N: a4 y/ L6 F
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
    ' C. d+ t8 g* h, Fdef accuracy_rate(predict_result, target_result):3 w7 ]' s  k1 U' d' W4 _! P: m
        # print("Predict Result: ", predict_result), {3 J+ \1 [" t
        # print("Target Result:  ", target_result)
    9 m% p- P: R" {$ B* J; ?    accuracy_score = 0
    3 @# U0 O5 ?3 X5 W    for i in range(len(predict_result)):
    + ~, n/ s8 O5 `: _6 @$ X        if predict_result == target_result:
    , ^  o) I+ O1 `            accuracy_score += 1
    ; T  }" K" b# |5 ]* v    return accuracy_score / len(predict_result)
    & C8 {% J' \0 F8 J* z9 y
    ' e5 j( _; S1 }4 P# 决策树的节点结构
    : R# r0 P' a7 B/ d/ g9 qclass dt_node:/ s8 W! \; T8 p1 D( N; R) d0 |4 a
    # L2 u: T; x4 a# R; j. n- _
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):) q- N+ j: c- c1 ^1 S: J, P) v$ R
            global nonce
    ' T) o/ V1 W, I+ K$ ~; I        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图, Y% w$ U' @4 }2 T
            nonce += 1
    ! J3 h1 _9 {# J7 A& `        self.feature_name = None$ I* N3 i2 T6 k; \7 Q0 ]* W( ]
            self.target_value = None
    " g' ~& }, _2 a! X1 v" p3 z! ^3 M. [        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    + h: N& n: K6 j/ O/ Z, k        if not is_leaf:
    8 g% \6 G) S8 K" W0 `            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
    3 r1 u; ]& u- V( _" k        else:0 A. o% J. ?& c  [
                self.target_value = content # 叶子节点的标签
    . N1 M$ b3 P( z, f9 ~% a6 U: B+ d3 R' G8 G) `+ y3 r
            self.parent = parent
    ; c2 K2 i' ?1 Q7 v$ o        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
    8 b; m& W) i# |7 p5 R& M3 K
      t3 o  P5 {: T$ b/ P' H: s# 决策树模型& c, C$ O, u; [+ c) L
    class dt_tree:
    ; k* K; D8 s! E8 Q# x# X
    8 V/ j  [' U( E' A4 a. I; j9 B5 @    def __init__(self):; b3 R# W' N* E' o
            self.tree = None # 决策树的根节点
    - ]4 j6 t' A6 ]$ g5 v* R! p: {- o, h        self.map_str = """7 a" C7 n1 \% ^# H- p6 U8 {1 t# z8 ]9 M
                digraph demo{, T* Q+ X* O0 z/ f+ X
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    % g  [! i! t* m+ o            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    + h- [7 P) K" y            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构! u2 Q: ^4 v3 _1 S/ E% R+ U
            self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    ( j+ z' y1 e2 |, v4 n4 }5 ?1 K2 {2 i8 O: S
        # 训练模型, train_set: 训练集) m3 U8 h; {' [- N
        def fit(self, train_set):
    & R  v$ H9 k# u" o9 {
    0 F7 g0 \$ C# r1 V" y! n        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3 b$ k5 r3 j3 u1 U# K
                return None
    ( U4 a5 ?, {( C$ b9 y1 t
    : E+ }, E$ q/ h0 I        target_all_same = True
    8 L# V- \" ?1 y# a2 R2 m, `. D        for i in train_set.target:! O( x! y6 Y' N: W
                if i != train_set.target[0]:2 Y2 w5 e. v3 y) |$ X
                    target_all_same = False
    5 |3 R, B( p' Y" Z* Y4 W5 a                break
    ( X$ P0 p3 @' j  d. t, ~
    8 g* c6 ?( b, T$ \8 a4 a7 ]        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
    $ C$ N8 O- C/ F, d  ^6 e8 X; J            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)
    8 b& C) i) c4 w9 R1 `            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    ) L$ k3 e" K- b! R* t6 J% J& z                self.tree = node' l5 e( r0 b! \4 t3 s( w

      E! n: W0 T7 U# {% A4 _8 q            # 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
    $ |# U  z& \9 U' t            node_content = "标签:" + str(node.target_value)5 q" c# b- n  C9 u( a5 O
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"9 e. S3 h! h7 X" A

    % z  K' F2 y- k4 ], d* W* x. O* \            return node) }( u" l3 X- G, m  L1 _! g
            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
    , x( k8 P+ }& q- o2 q            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
    - u9 Z9 \2 c! W, O9 P            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    7 q! L. o# j0 ^  B                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    $ U9 v" Y0 N4 F' Y                self.tree = node" N) \+ s  a4 l

    5 I5 m2 s) j& ^: q% i2 Y6 N            # 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
    3 \, O$ o! \& C; T$ I( T            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    $ C( T. B6 O. w) p5 Q; F  g            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"8 m' p' ?' D- z$ U& g$ j
    3 N6 X5 }7 R7 [9 ^9 I
                return node7 W6 q5 M5 O; u* c
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点7 W* i9 `! C- a
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值3 R7 j6 H3 W1 _. `: }
                best_feature_index = -1' N1 H7 m% x0 T0 l
                for i in range(len(train_set.feature_names)):3 F# M" z3 \, E7 \/ S3 y$ |2 _
                    if train_set.feature_names == best_feature:  Z3 t& p, g  ]' ?
                        best_feature_index = i4 z+ [' b: X0 _  n  D! r
                        break
    # i- J  x) z7 u% i9 k2 V# G6 W) T8 l; N: `0 _! X
                node = dt_node(best_feature)2 U8 g$ S8 b, V/ F" d" x# t5 Z7 H
                node.vote_most = vote_most(train_set)
    ( Y$ p0 N: h: h* o            if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点! f( O( I& P8 o3 T4 `: M6 ]
                    self.tree = node
    - k& g$ G) t* |( B                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    " K4 e5 l: k  E: q" N  W$ ^                for i in range(len(train_set.target)):, g9 N- Q  [* c8 W; s5 i( \
                        if train_set.target not in self.color_dir:
    7 {1 R9 G7 G& ?6 e5 I! e                        global color_i
    . l. [  ^+ o# a% X4 ?. w( H                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i], _) m1 l2 @! Q  E9 [
                            color_i += 1' L  c6 }  E5 E( b# r; U& v  n4 `
                            color_i %= len(color_set)4 W7 t: `5 M8 l8 _+ c
      {+ R& S# C& E1 G
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值- J  l2 X, p. _. I, Y
                for t in train_set.data:
    ! P4 W* K4 e5 S                if t[best_feature_index] not in feature_range:; k; `; f" k% ^- v
                        feature_range.append(t[best_feature_index]); Y/ t. u/ c7 t* L: N

    : ]2 F1 t+ [0 J" x- R. c: C            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    & W  m( P) F9 {5 g  C3 |+ }3 X            node_content = "属性:" + node.feature_name
    ! L! Y( C4 W+ L/ b$ G            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    - I0 P2 R/ }5 m( l3 T! ]; e7 Q5 [& D4 M/ E7 x7 H% M8 a
                for feature_value in feature_range:
    , i* ^) e; J( ^! Z" y  x8 W                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
      N0 v2 V0 _  C& u3 Y: l                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    3 U+ r/ _) l$ l; U4 Z1 r                if node.child[feature_value] == None:; J8 d+ U, X: B+ }  G9 U+ y
                        # 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
    / \$ m' ^& y% T9 L# J# p, c                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)+ Y, E" D! a' q4 ?! I8 w* F( ^
                    node.child[feature_value].parent = node" d3 H& v) W& B

    : `3 S  x4 z5 U4 J! p* c0 S                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    ; q  i5 O) }- ~( {5 G                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    ' ~: a/ L( f  E: y/ J% H2 w# d& t7 I+ z% q- g7 e; Y6 _' V, |
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)8 q6 [6 Z/ k1 ^. J* D. e6 M7 I! U
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)- e4 E" t& w: z, c8 }7 a2 L& r
                # for feature_value in feature_range:6 G, o, r. i2 K+ d6 @
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    2 T2 o4 w& x# z1 P/ B. `& L            return node  e& g, m1 Z; B- Q) m5 B
    6 p' u, _3 I% @: L2 R0 q2 A& n" Y
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测, H3 k5 M1 c4 }) d* p! T
        def predict(self, test_set):
    % W, I! j& A: j* h  s* |5 w        test_result = []
    " k  d/ e5 h2 [: V  Z        for test in test_set.data:1 F6 N0 ~7 h/ b! f+ C" X
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    7 z" Z4 ^! V. J6 ~6 P- X5 O            while node.target_value == None:/ P6 y( j. Q* X6 ~
                    feature_name_index = -1
    4 w8 H' @1 l8 d) Q2 B# p                for i in range(len(test_set.feature_names)):' Y9 z# x: N2 j
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:
    ) q" t+ b0 e7 u- I0 ^                        feature_name_index = i
    7 T0 {. c8 c5 `# p8 M2 ^2 j1 M                        break
    ; a9 Z# z' K" r4 _                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    : K) o/ _& h$ ^1 A5 [2 s+ f                    break
    - j2 C3 o% \- c9 ]* h9 }                else:
      n" d( K/ t3 d% k: C0 x                    node = node.child[test[feature_name_index]]
    2 x2 R& R0 O8 t1 [# O* m  K! h8 [9 u6 [$ Y
                if node.target_value == None:
    " T0 w% ?3 q  X" T; Q3 c7 u1 X* o                test_result.append(node.vote_most)* \8 @1 N2 {' ^4 ?0 u+ P6 e, U
                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0 }$ r; i: a4 J* W
                    test_result.append(node.target_value)+ `  u" M, w$ _1 g0 G
    + r2 R" n! W& f( X
            return test_result$ F' R' `! X, M/ e0 E& w
    2 b5 p4 R, f8 i! L: z9 D
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    : d4 B+ ^# T4 f! }    def show_tree(self, path="demo.png"):
    + O( m' N1 B& l9 j9 h0 B) `        map = self.map_str + "}"' O: p! }3 ?' e# U+ V) J( Z! @% Z
            print(map)
    , p* W* Y  ^5 @5 ]* y; y        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)0 j& s* {$ R7 |' v/ J8 ]
            graph.write_png(path)
    " i6 ^, q1 D& {7 k' t) m9 U3 i1 H* ~4 Y+ w3 h
    # 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* u' o* v3 D6 J: S0 b" v
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    # a) U. Y2 j9 D* a8 w    c = dataset
    . L) ~: o. [! R; f    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)" ?9 k. U! w4 _, x& f
        rates = []
    1 Q8 m5 y! O) `6 z    for train_num in r:
    # }# g) K. S! u* O7 h        print(train_num)8 i1 f: v+ A7 |* Y; P7 x
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    * l* r5 H7 s9 g  D" @9 A- G6 ?        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    ! \' \, K/ I6 d+ P: r, S* y0 _        dt = dt_tree()
    # W  _1 [+ o& X  }! n# ?        dt.fit(train_set)
    - ?7 ?% f. H) w; W% q3 [        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))); K1 g0 m* ~6 A" U  R
    " j5 x4 H  m' f
        print(rates)
    2 O! A% ~: J% I& Y* t+ }    plt.plot(r, rates)
    3 i! |6 w, V' X9 X# v1 x3 _    plt.ylabel(label)5 u; f3 ~' z' A9 r+ U. F
        plt.show()
    7 m1 k7 b( L# j" a8 N4 W  F. m. J4 E$ g4 ~8 H) U& f
    if __name__ == '__main__':
    * w4 n6 [0 w- |" k# Q% U9 J5 |% v$ n9 m  x
        c = load_car()  # 载入汽车数据集6 Q. d" t( l. y, {2 L; a
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集, f7 H4 _6 b+ F/ V& ?- s5 |9 [
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集). A5 F8 a' A; \4 m0 g
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    # p0 ^, v( _, H" w$ L: o2 o. \    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])( \+ P* P, T9 _$ u# y  f- |

    2 S2 w( k) f, a. [( g    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型, a3 i" z8 ]0 m% n
        dt.fit(train_set)  # 训练& K+ `2 Y* ?5 p
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片' Y2 V: d2 B. \
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    8 i5 V. o& i, o
    3 I/ D/ u; I8 ]" }# J    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")% f; f. M% _1 B3 w5 \3 j1 M
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)( w3 p2 D9 l# _. E; B

    , c' m8 u2 d! k* z1 {
      d8 W4 W9 I. Y: L- r8 ?9 M# S2 k5 m: }3 }
    1( u! S. e0 [9 m! k; M  ^2 E
    22 X4 y+ K# X; d& b, v$ o+ g
    3
    ' `; z& R* V4 [2 |2 _. E6 _4' i5 ^' _7 s# m
    54 R3 A6 A2 ~/ }
    6
    0 ~) U" k6 T( a8 }# Z" p# F% ?0 c7
    % n& f- j7 s4 O$ ~% N& n, [6 ~8; B! J! w8 P8 w3 W! t2 O
    9- i3 e. s+ q5 P4 L4 r4 N
    10
    9 ]; R5 p! [0 M# i8 {  g0 V11
    7 M8 D" e5 b4 R. U$ J8 J12
    5 |/ Z# e5 L) P  |0 p- t; t13
    6 K8 L* F0 w2 N  ~# q0 R144 B/ b6 v' g" ]+ s0 D$ ^
    15
    7 y" [. h. U$ }: Q. L, m* F16
    8 _5 Q. {: z' u- s. Y9 H5 j8 g17
    % J2 ~+ H* W, \9 H. X18
    4 y3 \7 d" e$ `$ w4 L19% i* }! v* O. ~0 |* h/ Q' i
    20
    : x& K5 H/ E6 N. |214 x- |, [& P, u3 u7 D
    22
    9 I$ `; {7 _' Z  }! R8 c7 M, ~237 e- {0 x, y- w" m
    241 p- J0 Z( T7 A* E7 L& k5 f  k7 U
    25
    8 ?: T; U( E, S0 a1 m26" l$ m  ~/ e- H' w
    27
    / ?  @1 A& S% x$ Z' c. m288 V, M6 r, W! [) x# @
    293 a: X  g/ P* v7 P" @! p5 N
    30
    6 I% B( r9 \; V+ f9 h! Z  e- n7 U31/ O5 {2 K$ a* p* `2 j+ Z
    32+ y7 G1 N7 \+ ^9 J8 j% M7 ?5 m
    33
    " k: N/ H2 ^1 S8 h  W34
    ) {) y- E* l$ O3 W7 {5 x35
    & F, \/ F0 Q* O7 @: E, F: A  o36) [2 w' S" A6 K5 P# K+ |
    37
    / W" ~+ {9 Y! ^: ?8 R38  q) g0 e( M+ ^- @) w
    39% P4 Q$ m! t# H( R# K  z+ o
    40& Q- X5 H1 G6 F1 ]6 p1 F
    41) K) @/ D& {% L8 e( I8 e. f$ U  q
    42
    7 Y: B7 Z. {, g8 @43
    8 k5 D9 ]1 N! ]( b444 a  U* h5 h9 ~; z0 I. ~. t- q' N
    45
    ; \/ t' B1 ?1 k) ~! X# m* C463 C9 @  Z  v) ^4 v' y
    47
    2 k# l. G- T9 D" J2 X48
    & |+ U: t: G/ Z4 J; b49
    * q! |$ B& ]1 y* K501 }$ E+ \% j9 B
    51
    ( K. e; c0 j0 v9 Z! r52& M2 V$ j$ ]& C3 i2 ?3 _
    53
    " ^+ m3 Y& Z9 {6 S546 L6 e+ c4 r' _7 V0 ]
    55+ j+ w* G" R2 B1 x% ^  ?
    566 w* h4 S' o  t3 A2 \5 l3 N
    57
    4 W  w. _; }7 H& v' L6 m/ n589 X$ [# s9 l) ^* C8 B
    592 U! x6 J4 {( I% x; y. y; T" Q
    60; g# o( _: g; u: y) s4 k' I  }
    61  ^, ?# f2 W' b, E& E+ N
    62& C$ B1 c3 F; j! z: f
    63
    , B  H4 Z- d4 L64
    5 z$ J5 a2 k0 `# O9 `65
    - H3 B& S0 R, G7 a2 J  f8 p66
    7 O" d! x& P% Y67
    # `, H: y% d5 ~; r( Q* H68
    2 |4 O9 u" s; F  {" h2 i8 {: k69' m% c1 H/ }1 Q/ Q/ [& ^4 B6 h6 _
    70
    " ]+ e4 n0 Q4 K+ @) \719 z, @$ r) Y# w( X3 f, u$ Z5 a
    72( S# y" U/ P& U1 _
    73
    7 T$ d0 u* a" X) C' q( |74* ?) l* x+ u- [
    75
    2 |( i9 X7 A7 o0 k7 {+ T' }76
    ' O$ t* I, |$ @0 F7 m+ c' ]77
    5 w1 y, w5 O* v. M78
    7 U  N$ P0 S8 s, T; e9 c79
    * c. }$ [: V5 R1 u80
    $ i& Y: a3 x( r811 g6 J0 _2 I/ ~. N+ y
    82
    4 o: v' W7 W* x1 D83
    $ F$ A! E) f: P5 M; h84
    3 O- J$ f. ^$ P7 C- O' Z, G8 s# p0 S85; ]1 E# A- P5 B3 p
    86
    ) i, u$ Y) h- g' F- _9 y  K87
    0 K$ J' ^2 v" V% h& ~* G" u88
    7 O7 z& E! O1 e  f89& D. S1 z0 c4 }+ b  ^. E! ]
    90: d1 O) S5 n1 B$ C3 s
    91( N2 l" k8 P4 ?5 k% k+ M
    92; a8 w2 Z" I: z/ t
    93
    # B' J. R4 Q# J- ?& H% @94
    5 x2 M$ L8 u0 j' ~, f9 R! P95( F0 M9 [& j* \( d: g- ]- d- R9 E
    96
    + q9 l* y5 r/ r% R$ W97
    3 R+ {9 M. ?0 H) g( a98
    1 j" z; q2 K4 c# t4 v99- w: h6 X0 T' ]' G4 H, Y- D: {
    100/ t* I4 a& H& F; |+ }% Z
    101
    3 a7 M9 {1 G/ T; Z7 i102( J% V: D& X( Q
    1037 e. K+ t9 S: e9 z
    104# p2 ?1 Z0 y' n
    105
    ' J$ w$ G# u7 V' l! b+ G0 M& r106
    + P% O8 I" c0 X9 }107
    3 @' D, k( N( H0 W- i108
    + ?; y: K* c  q+ @, N) n109- H+ a) G" O" R" H1 G! x5 K
    110! K* o7 Y4 O4 y, q6 U: l  z
    111  E$ P, n" V: h8 `: c
    112
    & o8 g' Z; n: q$ G% v" `113/ J2 O9 A3 T# `) a6 w
    114
    $ ?4 D% d* w. K% [/ w115
    0 [# j! Q& N. c8 @; n+ o/ D# i1163 z% E/ i1 H" T
    117& O5 o. Q% f, ?
    118
    2 E! x, n) F/ A7 ^% C119
    ( V; R8 P7 e7 b& \# `" W7 w120
    $ m3 u+ d# n  q* E3 _. e121( c; v/ K! W# f2 C( U8 B4 \, f
    122- F5 e% n; B8 }9 ~$ w; W% T: J/ S, ~
    123; `+ ~. v# u6 _& m
    1246 A8 V4 P# L, L% g2 o* n% r. T
    125
    7 A8 Q7 a" R8 k( _0 ^5 r% ?126
    9 i1 u# b/ j$ V127% l) [& ^6 [: U* B9 ^& R
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