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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

    群组2018美赛护航培训课程

    群组2019年 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

    群组2018年大象老师国赛优

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    基于Python实现的决策树模型
    6 G" |4 F3 ^+ V+ X  @; }  N3 ~, ?% X% H9 ?
    决策树模型, Z+ x0 C7 B3 z2 ]  D
    目录# T7 Z) t4 G$ K) b7 A% Q3 X) v
    人工智能第五次实验报告 1
    " U0 V9 p; z( v; a6 T6 y决策树模型 1
    0 A0 R1 e+ C1 |2 {$ i  r一 、问题背景 1! X4 J+ [; `4 }
    1.1 监督学习简介 1
    ' f0 i5 q! K% J! {- D" U* \1.2 决策树简介 1
    " }# M8 C! m, l& t/ j' k1 `( N二 、程序说明 3
    1 y8 ^, Z3 ?. G7 [" w. h2.1 数据载入 3
    ! \' K% n' K" k2 r- k  m2.2 功能函数 31 u. o3 U4 ?+ I3 A: ]' D
    2.3 决策树模型 4
    3 J5 {) y* r4 ]& u三 、程序测试 5
    $ u5 l& Q; j4 u1 {" D7 C! \' ^3.1 数据集说明 5/ w* H  t0 U  w9 P; {9 V$ w
    3.2 决策树生成和测试 6
    % H( U3 W0 m$ ~$ }' A# `1 X0 F3.3 学习曲线评估算法精度 7
    . F8 l. F# b0 p3 B8 n+ I四 、实验总结 8
    ( `/ _6 x# K. H1 l/ E6 T附 录 - 程序代码 8, I5 p0 ?% Q5 f' s% M& \* A5 J
    一 、问题背景
    * w" Z) b* J% z4 h1.1监督学习简介
    , K! @1 q% f1 l, M2 e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。- o3 y. c" X) D
    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。- t# \6 x/ O: w8 B) c  K# p
    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。
    " W+ Z+ i1 m4 w3 L# L' w1.2决策树简介  n3 I* Z- a4 J' w; _
    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。& H' G4 g6 U% e
    决策树的组成: Z/ h1 u4 ]1 `* u+ I3 `' f, a9 D
    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。
    7 I- y% |4 N- Y5 i9 ^& Q
    # R! r" S7 \+ y$ d7 g: zimport numpy as np
    - o6 z! j! _3 M0 ?, k2 @from matplotlib import pyplot as plt
    / p2 M8 |$ c" \: y, h, H1 Hfrom math import log
    2 i+ T6 @  A5 f% H0 yimport pandas as pd% f8 v3 d4 w8 k0 ~' c9 N
    import pydotplus as pdp
    % {7 I1 b! s( ], i9 H
    7 N- F" G# L; s9 w+ W1 r"""
    1 P  A- s  _% w1 ~8 ~/ M6 _19335286 郑有为. {2 P; W7 b0 G* G6 T
    人工智能作业 - 实现ID3决策树. B' F1 L0 K: @: m/ G, c
    """3 y9 P9 l% |' k6 e- z0 b1 P
    . V$ s  Q+ l) @- {
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    8 v/ g$ o" |" E; gcolor_i = 0
    $ [1 C4 w( Y  N  l( v2 {* D+ 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. n. L$ [" T4 y" G
    color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    8 _  k# z9 z* j  I& A5 {" H
    " z; d3 R5 G+ e$ w. f% N# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    9 h8 m( T" u, P' M# r2 pclass load_car:  h8 |" C2 S6 c1 o- ]" m2 y
        # 在表格中,最后一列是分类结果
    ) S  U# x8 Q- p" L6 I    # feature_names: 属性名列表
    " p8 R5 E* P+ R, E% K! \    # target_names: 标签(分类)名5 d7 I5 i( \6 H5 o1 e; E  E" ~
        # 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
    ; I) C& f; T$ ?- x) w    # target: 目标分类值列表  ]3 L5 w% o, o" v# n0 P* p( k$ H
        def __init__(self):7 T5 l- @7 J  ^7 `9 |, S* {
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')! }- I+ w. Z9 ~/ }
            labels = df.columns.values
    0 C8 u4 k* z# @4 J. c# O        data_array = np.array(df[1:])
    7 \& l' `% u5 I5 P$ {1 H2 ]1 v( ^        self.feature_names = labels[0:-1]: A1 d  J- B  _& [& D& s
            self.target_names = labels[-1]# }9 g  o& u' i; S1 L4 e, {3 N: @5 q
            self.data = data_array[0:,0:-1]
    ; J  J9 u( U9 }; a+ P( m        self.target = data_array[0:,-1]! s1 R( ~, T) ~3 G# Z

    - c# }' [4 z( E0 ]# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    ' s. {& o0 M* S  f/ F& Dclass load_mushroom:
    ( p: t( F' i2 c) V9 X. y    # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.- R1 I  ]- X, g; L$ e# v
        # feature_names: 属性名列表$ \9 M+ W6 S) [( E! B
        # target_names: 标签(分类)名
    6 }" S+ c8 y+ b# b2 C    # 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2 y9 p$ P3 W4 ^6 C" r( U
        # target: 目标分类值列表
    1 T/ U2 V- d8 q6 a7 `# o2 p    def __init__(self):8 ?- S) M  L) U( C+ N' D* d
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')& C- n8 y; x8 P& v- l
            data_array = np.array(df): g; j$ C% y0 r9 g
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
    ) |6 X* C7 _+ ~( L0 n                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    7 o" C0 E1 [2 v, j8 v3 Y                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",  c% @7 f( l- w( Z4 b6 R) r
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]+ ?  n( e- o" W9 M' L( w
            self.feature_names = labels[1:]
    1 k/ b* n. K' o6 H8 v8 c        self.target_names = labels[0]
    8 y8 I! n. y; n6 B4 c        self.data = data_array[0:,1:]
    - Q! L" Z, d5 ^0 p& J        self.target = data_array[0:,0]0 u$ ^, o0 C' t5 U" A  `9 {. S

    8 b5 j8 r1 M8 T3 x& D# 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 n0 f. B, }) Xclass new_dataset:( T/ `7 {0 u; J( I9 k
        # feature_names: 属性名列表2 `. r, e: [1 G1 @5 t5 D
        # target_names: 标签(分类)名1 k9 D! E% k8 V! A9 `
        # 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
    - I: M( N: S5 ~) V% K6 l- D' j7 g8 i; i    # target: 目标分类值列表$ \5 N9 f3 b" I) d; r! m+ B
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):& z/ N, P8 w" k" m# i
            self.feature_names = f_n
    % T0 ]) H: A/ u* I8 n$ t3 f& t        self.target_names = t_n2 B) M8 v  z$ O
            self.data = d
    0 h) F$ {5 z4 X7 f6 C/ e; G        self.target = t
    ) Y0 }) ?. F, B+ `% O5 X
    & L; l; g" t" h* n+ J9 n# O# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    3 A% y* M: D& T#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    & `. c2 g* _% E  e# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    & C7 h, ^: \! o( h+ }3 h6 ddef get_h(target):- ~; D0 T+ [  W. v' e* p
        target_count = {}5 B+ b! X6 |) p  a1 q. K: ]) l+ j. r
        for i in range(len(target)):+ s7 ^! k4 G, M
            label = target
    2 [) q& _5 D. {6 i8 B2 v" v        if label not in target_count.keys():" z* d  O' v& @- f- n" A
                target_count[label] = 1.0
    / Z) P* p' ?) d        else:
    - X5 d& V+ R( v( l$ [            target_count[label] += 1.0
    3 k0 Z$ g. F  F6 n) h0 d    h = 0.0
    3 r- W2 o& m, v    for k in target_count:6 b, Q: `. [2 w8 ]9 Y8 C
            p = target_count[k] / len(target)
    8 J, `# y: c9 C' h        h -= p * log(p, 2)1 \/ R2 M  ~+ t/ |3 @
        return h
    ( Q) U8 u5 X  k* b! V9 _
    * p2 v+ N+ @( M$ s7 r8 Q# {5 N+ h# 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
    ; {7 Q: T- h6 ^8 X( Y, f( x# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
    $ V9 R! T2 M6 Q9 `def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):  s6 q) [* W- H6 m6 m2 e
        sub_data = []
    4 [$ E& `9 ^. g    sub_target = []
      R. w2 _& p4 F! R- X7 @& F    f_index = -1
    ( P. p1 K$ `2 L7 t0 Y1 I3 x    for i in range(len(dataset.feature_names)):- f) r8 c! p5 y8 M2 F8 M
            if dataset.feature_names == feature_name:
    , u. V4 \, q% q            f_index = i* G6 M3 T) C# f/ q& M" k
                break$ ]1 h8 K3 E$ S6 g2 M
    $ D- ]6 t1 s8 W
        for i in range(len(dataset.data)):5 s1 e  k5 D$ ?9 Z5 B& E) f6 E% y
            if dataset.data[f_index] == feature_value:, `7 T" C* U1 l/ X7 s) L
                l = list(dataset.data[:f_index])
    4 y. R4 C/ }) o            l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    5 o& i7 ]* `0 r: I  {            sub_data.append(l)
    3 k% X/ q! z4 |            sub_target.append(dataset.target)5 k+ B' y8 q6 L9 o
    ! q5 o& `: e2 L* y
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])+ @6 l* P$ p9 j& ^2 X
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])* ]7 _5 D3 ]; V4 m/ i6 e
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    ' n0 t# u( m: F5 v
    ' C& }4 v1 s) `# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    ; `$ w, R1 g0 _* Y& o1 D2 K, l# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    9 w  g: ~: N, `8 h- z0 ]; _) _: ?# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$& Z8 y' U  ^8 A+ a2 T" c; j
    def best_spilt(dataset):# K2 S5 a% r* w9 g5 X* z4 x7 U

    ! L  i7 M% \5 ?    base_h = get_h(dataset.target). W2 t3 o$ b7 d' e, @
        best_gain = 0.0
    ) C' X* }! a" }    best_feature = None
    5 e* y5 `8 W! v    for i in range(len(dataset.feature_names)):1 N3 J  q, x1 p) [
            feature_range = []$ C* V0 x1 b' Z4 j7 A
            for j in range(len(dataset.data)):
    5 f7 V7 m/ h0 N. d' a% {            if dataset.data[j] not in feature_range:
    1 J. G# F2 ?+ |8 s, I                feature_range.append(dataset.data[j])" @. |/ L5 O+ }4 I& }- }
    & `; x5 v( F/ \& a! F" c
            spilt_h = 0.0% s* K/ k7 ~7 @0 [3 H! I  n
            for feature_value in feature_range:
    8 T7 @/ v9 {0 V# L6 ~) l            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)5 S9 S# L/ s' v  R
                spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    - t$ _! U# b% p& N
    , g+ R/ h0 t9 C; }+ h- w        if best_gain <= base_h - spilt_h:- h/ D2 k0 Z3 W. z
                best_gain = base_h - spilt_h# M( s' }  A) H- p
                best_feature = dataset.feature_names' V. ?+ B( t9 n1 ~$ }& h8 L

    6 i4 q( {# t+ z    return best_feature' g- P$ |* d' Z' C  T! Y* m
    5 j' {0 A3 x0 M8 v0 z; w! j8 V. q& Q
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签
      m8 J9 E4 x/ S: \2 ^6 y  g; a; Rdef vote_most(dataset):9 l9 D( N" O# e: S+ Q' Q, v
        target_range = {}
    ! W! U. X3 w) B4 g% t    best_target = None
    9 K7 y& P" `1 ?% S' V    best_vote = 0* o& c  O: k& L  [

    & v$ S6 |, I3 E6 t- h    for t in dataset.target:- }# u! |4 u* ^# R3 u6 V. v
            if t not in target_range.keys():
    " b: T- \2 i0 q* k7 Z2 X5 Y1 `& M            target_range[t] = 11 d* U" ?9 a! G* m& F3 _: @/ J
            else:$ u) E4 L+ t7 c
                target_range[t] += 1
    & V/ C0 [* T6 V( }% I9 Y/ w
      W& ?1 {- j/ v- ^1 Q    for t in target_range.keys():
    ( r: z# z0 G( {        if target_range[t] > best_vote:
    6 h$ V+ A% q$ u- D            best_vote = target_range[t]
    7 ~4 n' Z, }2 h! d3 o  T& V            best_target = t
    * ^5 y/ C! u2 q  r! X2 B. R2 N3 t. P/ a: Q2 _$ k9 ~
        return best_target
    3 Q4 e+ K/ {  W( y! ]7 U- j1 @1 H$ ~: L- o
    # 返回测试的正确率  J% n1 b7 K+ P" L; f: Q! Y
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表# q$ H8 P. y4 S+ h; @. i2 f+ Y! C6 o
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    6 w7 i5 s! ?( k3 E    # print("Predict Result: ", predict_result)
    8 q: N$ H: ~' k& H# f3 _- F- x    # print("Target Result:  ", target_result)( s1 J/ q7 M3 @) C9 @0 ?! L( N9 g# K
        accuracy_score = 02 R; L! a3 s! C$ {9 B
        for i in range(len(predict_result)):
    1 b( \% A1 g: E1 v+ ~3 @) c1 I" |        if predict_result == target_result:
    6 Z3 {& R  C5 h3 m) D) Z6 P8 J, n& C- |            accuracy_score += 1. R! Z% J- X: {0 O% `/ M/ J
        return accuracy_score / len(predict_result)! M! n' [- p4 r0 T8 D, Z( N# [

    8 P* [& T4 V0 F# 决策树的节点结构
    & r. P6 ~9 S9 v4 ^7 }% G# nclass dt_node:
    2 k$ w4 i# Y/ e, ~
    0 j" D& \; ^0 \" c0 ?" |    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    0 b' y1 x. p4 ]/ L6 a7 O        global nonce6 R* O2 E8 }! D# Y# x# f' r- x6 f. Y. r% m
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图
    $ X" _6 m7 E! S' ^& D: u" _        nonce += 1
    " w  \) R6 w8 Q& G- i& H        self.feature_name = None
    + N  u5 J$ R6 e+ _        self.target_value = None; `8 Y+ I9 T* f
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    & B$ L( [( k+ t' T; A        if not is_leaf:% f, m* q" c8 t. I' t  ]/ T% |
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名7 b. W- p2 t2 L% n
            else:, S2 M- k0 ^" n8 J$ K7 S
                self.target_value = content # 叶子节点的标签* Z8 U7 Y/ R3 w
    ) G4 ^, |6 K1 ^6 y& g
            self.parent = parent
    - [3 \4 Z8 r1 r1 h, c/ Z        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值( F; l- C1 H2 W
    - S' n  K+ W. q6 T( \" }+ x6 j
    # 决策树模型: J* }' C4 }' M, E
    class dt_tree:
    8 M3 G, G, }0 V0 z) @) H6 P: N
        def __init__(self):$ k5 U5 R% U  X+ d* G' E
            self.tree = None # 决策树的根节点$ }$ `0 W# p8 y. A% }
            self.map_str = """
    & V. m% Y& M1 l. Q2 s6 a            digraph demo{
    ) I  \1 x" g9 h' S2 x3 ?            node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    2 t" W- a# c1 n1 J6 Y/ |4 l            edge [fontname="Microsoft YaHei"];7 m" R7 m) d- x# U* c: M* m4 e( J
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    ' Z( l- O/ E1 {        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值
    ! [3 D( b! H* s$ i. [( J0 T9 @! M
    4 @  C* `, m2 u4 v* @7 @1 n) V    # 训练模型, train_set: 训练集6 w* n% E8 u; `; g+ U
        def fit(self, train_set):
    $ D, u( |8 T' |1 E, k  E
    " ~1 Q  L4 n  g+ I9 P        if len(train_set.target) <= 0:  # 如果测试集数据为空, 则返回空节点, 结束递归$ p7 \  K3 d; Z
                return None% S0 O# s% ?  g. y$ m1 x. m

    $ o/ a; x" R# }/ C" A4 n        target_all_same = True) C4 c& c& l$ `. V3 m% L
            for i in train_set.target:$ U6 _: w: h- \- t& W
                if i != train_set.target[0]:, ]5 ]0 c; E- V0 k4 _3 m# |+ o
                    target_all_same = False
    ) @# @7 J2 U! |' |% N& _) D0 y                break2 I4 f$ a( ?7 N; G, i
    # W' R# a, j) C/ P' ~
            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
    ( v* l% h: }2 ^1 _            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)9 S6 B. O1 p' l9 F
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    9 N# s: w. t) z' a& D                self.tree = node
    * ^$ \1 N1 ~8 U& b" a/ S
    . g4 x( J, ]' {# T4 x            # 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+ L/ R, ?1 t# Z% J! T
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)8 V0 a# H' e1 F. i
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    ( W# C, \# t1 V1 J7 ]+ ?6 {
    7 g& L% u0 ]- z9 V3 A6 g) d% Y            return node
    * a6 l# K2 p: Q        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, W% P7 ~+ t$ u3 t
                node = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)  # 这里让叶子结点的标签为概率上最可能的标签
    2 A& G% `; s5 q3 ~, x4 R6 j            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    9 {% d) u2 X0 r, K4 Z                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    ! T1 p5 R+ Z/ {                self.tree = node( D& I7 d# O% ~5 j- {4 |8 f/ j: A
    ! L7 A( q! z- W* O7 ~: M% q6 H, |
                # 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
    : H" ^  v; e5 a4 c1 g            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    9 z+ G- K0 G5 m! j; h$ C$ Q. R            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"( C5 N) p- b4 O5 y, D+ H

    & t! _3 k& Y) r5 x! m            return node/ p( _; J9 ?, c4 D$ L% N0 Z
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点* [9 j; M6 o% e- |+ k
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    ; k$ r7 Q+ n$ h/ ?' ^# h4 i            best_feature_index = -1
    0 a; n9 g0 C) t; L2 `& ], J" _            for i in range(len(train_set.feature_names)):$ f5 p9 C: f% C7 [& L
                    if train_set.feature_names == best_feature:* n9 Q, Y4 D) O% ?  }
                        best_feature_index = i
    5 b8 [+ {$ i+ U# N                    break
    ; A  p9 F* o9 U
    7 `( r1 Y+ B( {; L* ^3 i            node = dt_node(best_feature)
    + X# P+ m& x4 `3 y6 I1 d" f            node.vote_most = vote_most(train_set)" i8 f) T. {1 J5 E
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    . i' R3 n; h6 Z4 r6 G# i                self.tree = node
    5 |0 {  ]* ]% d8 y8 r# n: N3 ^1 j                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色- K, l8 i# y- z/ x
                    for i in range(len(train_set.target)):
    8 c' z8 z" B! E                    if train_set.target not in self.color_dir:
    % G8 z1 C9 k2 w% W8 C4 j                        global color_i
    5 [, g6 R) L- v5 R6 p3 A( c$ Q                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]; l7 i9 |5 y3 }0 O
                            color_i += 1
    5 V2 a. Q  Q: a                        color_i %= len(color_set)
    ( `$ @+ F. X% ~) L# j8 q, g7 J+ Q4 D2 j0 ~9 E! M' T
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    ( F; @  G; L% I5 }1 {, `$ X            for t in train_set.data:
    8 m* |( o5 E& ?" l$ G                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    3 [; n3 f  \' x9 Q0 U* o3 E: A                    feature_range.append(t[best_feature_index])
    2 T, N3 a) |5 _3 m* c% A8 X) {! ]2 Z  t& l: f6 q
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点" F$ t4 E; j" r$ g: ^( S+ Q
                node_content = "属性:" + node.feature_name# n8 j" @' H, s0 ]2 s
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n") m7 o0 ^4 Q# M
    ! f: O* e) ^  O7 ]6 A$ g) ^
                for feature_value in feature_range:0 P% M8 G+ @! I1 q  ]/ z7 M) Z- R: z
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    / s# A& c( Y& j$ X9 B. f* _                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    8 I  N. T+ ?1 w5 R                if node.child[feature_value] == None:; L  M6 `2 D: H. O. j3 `# q
                        # 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/ c" z" Y& B, G4 c" f" p5 o( u1 k
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    1 k7 O0 F- a* J* z6 N                node.child[feature_value].parent = node' S; ?& l0 K  U' S3 G7 k

    6 e! p. J% ?$ ~6 U" Y' H% ~                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    9 [% W" D  @8 A& U, O6 y% N                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"$ P, L, O* r0 |5 T0 z3 Y$ ]

    $ X9 v, o5 v6 s7 b) X: n            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)7 f7 u1 [- q. d& T" L3 Y5 n
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    $ B. Z" p$ W3 y6 s0 g2 Z- d            # for feature_value in feature_range:
    : Y2 P6 F7 o1 d# X8 ^  l8 o            #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)/ P' _/ z& G( V0 g; H. u
                return node2 {& T) W) F# f# D9 ?
    : U) O% a/ u% _9 ^8 n4 D3 [6 \' i. U
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测2 d/ H9 n: E8 `9 K2 O$ H
        def predict(self, test_set):
    , y% l' c) r  P8 V( q        test_result = []
    + O' _5 |$ T: b* v' E4 C  P        for test in test_set.data:
    - C; d2 W& h( f( |. h% e            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    ' @4 |8 `& ?, v5 U# r. b9 r            while node.target_value == None:
    2 C, X5 K7 K+ F                feature_name_index = -18 G6 x4 L- R) |+ m
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):9 L+ n- p3 I  q! j7 i/ b2 ?
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:0 y+ ]0 L" }) u  b% h- R
                            feature_name_index = i" D+ ~+ s# d! Z* E8 H7 G* S
                            break
    ( r3 G3 m  J& O2 m$ g$ C0 ]                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():6 A% S% t  E& C! N$ d. `0 j
                        break+ z' b# r/ v" J1 y) K- ^% R$ A
                    else:9 Y" W% N. w6 ~; v" l& ]
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    / o  Q, a, V9 z7 w$ ]/ v0 }( @0 E4 v! K8 A1 G3 H* `
                if node.target_value == None:
    " `9 t4 x7 X3 S$ K2 A  i3 k5 E3 y9 s                test_result.append(node.vote_most)
    ) e! s% s5 _) N3 d1 c! s% J) f            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
      l7 O& p. H8 y- z1 M                test_result.append(node.target_value)
    3 N. A" `6 ~; @0 X$ ]$ @! f, X, u# ]3 B) s! B* ^+ G; q0 @% C/ M
            return test_result
    ( J, _  ?% i( Q5 M- Z3 O+ y1 H( I* k/ n* ~
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置! x* q8 a1 g+ b: ?% N
        def show_tree(self, path="demo.png"):
    + R; K9 |5 y! ~5 V        map = self.map_str + "}"- w# o! E+ S5 t, I2 G. M7 D8 V
            print(map)
    & U6 x. c; u7 y- z$ @        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    2 H/ j# D3 e3 \  V8 m3 t5 _3 m7 B) u        graph.write_png(path)
    9 \0 N0 Y) b# j4 k# T$ B4 e6 D2 h5 C4 b. C/ a5 i; J
    # 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 v5 k& M6 f  K; Y0 K/ F
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    # P# D$ x( G; x, R, v3 k    c = dataset
    - g# w* m- r6 V# f    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)
    : M" e) a3 F7 r" S9 O# K    rates = []
    . D7 k$ _" N* J, @    for train_num in r:" i* n0 d/ Q& Y
            print(train_num)
    - f" q* N% ^1 Z        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    ! ]* z2 L& z9 b" n+ c, W        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    2 B8 F0 G- O1 q, O3 N! }7 W        dt = dt_tree()3 w, N" @; G9 R0 e# a- l& C
            dt.fit(train_set)+ k( X# ^6 X: r3 l( d# q+ O% b( A
            rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    0 |5 p7 q2 Q3 K6 F& g
    # p4 f2 G- U) q5 V3 s0 ]    print(rates)
    ! `, v% q0 A. L1 s+ |+ F    plt.plot(r, rates)/ b1 t, T; P2 r" x5 k
        plt.ylabel(label)
    / x' X; M. p" S& U: ]* e: I/ J    plt.show()5 `4 k- F/ ?% v: H( u4 M
    ( }& h2 a: g2 s+ m/ m& d0 b
    if __name__ == '__main__':) K" _  @  A- {2 l* `

    6 g# w# ~  X" ?. E  ?9 I    c = load_car()  # 载入汽车数据集* n) w0 R- M% q# L
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    7 }* [/ ?' E) v    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)
    1 X( q; s# ^" Y6 a- p    train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])6 P% T% ^, z8 n2 f
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])# y) ]( \! g6 [) H: U% `
    ! K  r. x: d9 B/ p& ]; |
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    5 a. r( `  q# x0 T4 ?3 a    dt.fit(train_set)  # 训练7 C* j% d$ K3 n
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片. ]& l8 k' F9 D* z) ~: ~
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧/ t: L0 \% ?# }4 v( Y% F
    5 @8 \4 {2 m& T' d4 q1 @! ?
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")( K3 ?# r1 L: d) F( p
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
    5 m3 `& }  ~! m' K7 J5 C9 R6 Z) B# s: t  V! d
    2 B+ X# l+ g" q5 d* j1 ^
    5 B. W) \# j( p  D  G) i$ r( a
    1
      E& R5 o( e$ w- m2
    : N- ~2 c" h) P# L2 ^3 [- q3
    1 x/ p1 H5 B8 I, N) M4
    , R; Z/ H$ X) m" S( g" B9 b8 H53 b9 M; N- ^3 Q
    6
    % r/ c" I3 R7 y% }# m" r( m7: ?7 N  g+ ~% F  z
    8. Z$ U/ t. |4 G% X6 @+ _. Q7 s
    9! b1 l( J/ J; X
    10& E# k% i( x1 j5 h; ?' r8 X
    11
    * q1 U- ~* j# P- h+ R12
    $ i' ~2 [- Q1 K5 F13  v8 B. e$ c4 `- \  D5 `1 b
    14
    6 p% A: g5 {  G* k9 X( ~5 z. \15: s1 ^4 c2 N* t- \3 W3 U' w
    16
    5 D/ f; z6 J6 b" _- d9 r17: n2 }) H* K: Z- W3 T8 n
    189 c3 Z4 z' }4 C# \5 v
    19. U5 Y0 `3 B9 h2 x, X% @
    20
    ; Y- a4 f$ ^3 E3 `21
    % Q+ `1 }" x/ U221 y) e. j! g9 E2 {! D, ]$ R6 `
    23
    6 d. i. d* }+ \$ s24
    - n! N, l) a1 g0 u) b25
    6 W0 h% Z) d/ K2 v26
    / c2 `. w' ]+ ~1 f& t2 s' f27) H! N* s& Y6 c& T
    28
      E" V+ |5 J: Q: r" n$ z29
    % a3 S/ r% B6 D) h. ?+ x30$ z! ^) d( P1 O$ [6 g7 ~
    31) j1 {8 Q( A" {; O/ T
    323 B- u7 H3 B: |  t& [5 G) v
    333 L/ J: m2 P) A* m$ \" Y0 L  K
    34
    - R  o- |& _$ n- A  c4 `$ r, K/ y: {35, o5 K. I$ i7 J9 i9 w
    36
    ! O# l# q* C$ `3 E: O37
    6 [) B. B& i" G1 I6 X) E2 N38/ ~& U5 Y" C* E8 m
    39
    " S! P+ W, C; L9 t: q40! E. D' C$ n5 K9 j/ h
    41
    : m% p0 j: R' [/ g) U42
    , m6 k1 B# }1 B" V" ?" B2 E2 i2 C8 a7 \434 q/ i# c3 ^: G0 D" U
    445 Q! r- F. F6 h( i1 f: o' n
    458 d# f' W8 k' z1 @. S1 z
    46
    4 K& Y& N% u# f7 r+ G2 }1 I47" g& I, m/ L8 N
    48; F4 E# c) p- ~# B+ q; k
    49
    : q; |  `) K& o50( i# i  z2 n+ d! n$ S0 n% l  Z$ B
    51
    5 P/ b/ A$ L# Q- R0 m' g520 V" h7 x% ^" {* k' ^* d- H
    53
    ' P  A3 Q" P" l* j. _+ o54& S6 s9 e" K% A% U& G- B
    552 r7 c2 N% a3 r2 I* [" q# R3 H
    56" F5 \2 m/ l) ?: O" `1 N
    57
    9 O2 I  D# B/ \& ~4 _58
    , y! l; }8 C$ x' K4 g6 y8 n$ o59/ t7 x. O2 S) o/ J! Z# T
    60' g6 Q9 _% F' [+ d* V
    61; b- X: s4 `5 ]& r7 w% g3 Q  W
    622 q! u2 r3 c8 T  _; H
    63
    & G3 X: t# L0 B& m64
    6 V8 Z: j+ f! _) k$ ]65$ c" [: R& G$ V; ^/ u7 G8 V
    66
    2 j  T7 T/ R$ S2 ~- Q. z) {5 f67
    * Z( J$ g+ ~1 ], A; N8 X& o. Z680 X; D+ _% N. V
    69
    7 l' f5 c7 K/ l; S+ G70
    ! Z( Q& K6 ]+ v! Z71" H3 O% j9 d5 ~  S: \
    722 a* t. g2 W0 O1 v. N
    73  G- ]  N' T5 E- e9 U- I& U
    74
    / z3 ]& |$ F. @( M75
    0 u# X8 {* {" e& F76
    0 s9 u+ c* t: A4 }/ p77
    0 \/ k7 y3 a0 r5 \2 r$ ], M78, l7 Z6 J9 A% C( _# R
    79) j; R0 k0 w. V
    80/ `3 n; B5 ]7 Y5 t
    81
    - k% V- S3 u( q$ z8 {2 n+ v) j82
    6 s0 P5 X! R( @8 P0 G5 B2 X' U8 e83; X$ M9 J/ L( i3 J' `
    84* e" R* s, s1 D1 Q* @
    85
    9 a+ e6 y9 o" t86; f4 o3 ~/ k6 \: l  T5 W# o5 G
    87
    5 H1 Z. t* H7 ]$ ^: I* o/ G88, b6 n( p- k, N, x
    89+ q1 t/ S' p0 X' |, X/ D  U$ m
    90* s# ?3 [: Q; t6 S+ s  {+ x
    91. G+ d! s% |& i8 q- [! G2 W1 A
    927 @3 I3 t2 x8 Z
    93% |; L$ j* J# Z  u
    943 \) R' L0 C3 D" M% z% @) P' G5 ?$ l
    95
    % {' u' F  H9 Y+ U" a8 E96
    ( Z0 ]8 P2 p6 U2 v! x3 b& F970 G$ D; c' p1 k9 p9 [  x% P
    98
    6 R* l3 R/ ~  s! Q- c% _, r9 y, e999 T$ I$ o& w7 h$ X9 Z( N+ e% }
    100
    ; D5 E9 @6 f1 g0 A" A$ v101
    / \9 h; V! ^) Q8 d1022 J; L9 f# e# k. u7 e# O8 I
    103) \' M- ^. {# q7 q, ], |' ]
    104  {/ J- ^( H4 ]0 A- S8 Z
    1055 v2 F* T- N- s% V
    106
    3 s. K$ F8 V+ a( {- l$ M) o7 A107
    2 x+ `1 ]$ y& t+ p- A- r0 M( m( w108
    9 R1 g8 d0 d+ {6 c' M109
    ; f7 @) x7 A. h& |1102 w9 G- ]- ^# I( g- ]+ `0 w
    111
    + A/ p2 d( U: m. J5 ]; V  b112
    1 b, Z$ K) N6 P+ B' c9 }1133 Y% j% S1 z$ [) y
    1147 J3 T4 s4 l; F* v8 x
    115
    & [* k: {9 E4 G* T5 S! b116
    ; d3 Z' [$ n  o! l7 i117
    ; `7 Q+ m3 ?- S5 k1186 w6 b  _/ T- @" V+ _: }9 h
    119
    ( r3 Y4 o+ K& d$ b0 t- @5 y( k$ k120
    ( B. V8 h: A3 k  T/ Y& o! P121
    " D6 f6 K. @+ }4 g122, t8 i! E1 a+ Z
    123' |  L" y" r5 }8 `& ~2 p3 o2 j
    124* S8 p9 `# m* u( N$ b: X
    125
    + H# y2 E9 v6 c! ]1 G126
    7 ?, n4 d& U) v0 B1273 w- `  r6 V  ^' X& I  g! [
    128/ q0 k0 Q2 e8 o5 C: f3 N
    129# _' \& L+ @" `+ i
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