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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, K7 I% ?8 j" o( u% ]

    / r8 j; O- a: x. y决策树模型; k: h; ^% @7 ^3 E) u. N
    目录5 v' E$ V& |! z$ \% {; Y
    人工智能第五次实验报告 1
    2 \0 v) }7 c) q决策树模型 1
    5 n. J3 |4 d0 ~  t" r一 、问题背景 19 ?' r& H: _4 `* I) j
    1.1 监督学习简介 1# Q( E4 h# g4 u
    1.2 决策树简介 1
      N$ ?' v1 h: }二 、程序说明 3) G; j: ]0 a& }* C: ]5 S
    2.1 数据载入 3
    ) F7 D; {- E% {1 M2.2 功能函数 3, H9 d( P: M' k! F5 z! L
    2.3 决策树模型 4
    3 ~& [: d- W+ w  Z& X. v  ]8 @三 、程序测试 5: d9 r9 g7 c6 l* }
    3.1 数据集说明 5
    % E% E1 i3 \3 c1 q2 U3.2 决策树生成和测试 6
    8 L- g8 `  k) v3.3 学习曲线评估算法精度 7
    . @% x$ x; x* S! `2 `' m, u9 X四 、实验总结 8
    3 |" ]* Z/ D2 x/ U附 录 - 程序代码 8
    4 S% F, T- O( M9 T  O一 、问题背景. Q5 l# X) |0 n5 Z. X
    1.1监督学习简介6 o) Z: U6 V1 x! W' ]) W1 J7 @
    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。
    0 z& C: h& p- @0 H! x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。) Z7 D, W! A( f. G' _9 E
    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。' E( Q) z" C8 W- w
    1.2决策树简介
    & ]. O! L& F6 G( Q3 _9 K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。
    $ Y2 n3 |! l+ U: j( S& R( W4 [7 O决策树的组成3 I0 ?# C9 b+ y" K" \# M
    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。
    ' N1 n; Z+ ]: d. ^) q! C1 o$ E8 r2 D$ q
    import numpy as np' z( F! [% F4 P( H
    from matplotlib import pyplot as plt4 G' `; c. q  s; [* T% c
    from math import log( ^7 c6 e% O' m4 I
    import pandas as pd
    : X( p! [6 @6 s; ~import pydotplus as pdp+ |0 N0 [  ~- s! L0 \% J5 n7 f

    ; n' U9 {- S8 o" ?"""8 e& B/ U. H* I8 x8 F8 `
    19335286 郑有为
    4 x+ Z' E' x, u( \; ?6 M8 K; J9 v) B人工智能作业 - 实现ID3决策树1 n  A( [' c# B6 y
    """
    5 ^- u4 F0 `# u' R# Q  @/ C- d! t/ D: z8 P/ d! F1 a
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID; c6 K) [1 l/ E; ^0 \+ ~) V
    color_i = 0  H! a0 A7 O0 u, S  z0 n
    # 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
    5 h1 ~9 m7 s+ T: ^7 Y% Kcolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    % F. y/ R; W! M) u; X; [+ e$ H* E$ s2 R7 j4 [+ y: K
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    + k  I. y8 J. ^: j: r& F% P& X: W- Oclass load_car:
    $ W3 {  o/ J/ n" `2 R8 }8 Y    # 在表格中,最后一列是分类结果
    0 C5 [8 {3 Z. ]$ {8 Y9 }5 h    # feature_names: 属性名列表* e. `$ g& A; G
        # target_names: 标签(分类)名) p5 E$ Y2 G7 _) ]  p  Y  o: l
        # 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
    8 z& s3 {* s% A    # target: 目标分类值列表
    - W' T2 D0 U* B4 X1 v& N    def __init__(self):
    ) d. `5 W+ ]0 T8 F" ^        df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    8 L: b$ n; m& E: i, b( _! x        labels = df.columns.values# v3 ?- v' `; m
            data_array = np.array(df[1:])
    2 P4 h/ z! j$ G6 Y        self.feature_names = labels[0:-1]( _  v- n% o/ Z
            self.target_names = labels[-1]
    9 b' m; P" h9 `, B! o1 D+ m& P: \  Q        self.data = data_array[0:,0:-1]
    6 P% o! {2 t, q9 S0 o- |  c( `. `        self.target = data_array[0:,-1]
    % G% X4 S- o. y) I4 l; f! E9 |, T" c) y% l* {
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
    , U. ^+ [$ k* A" J; \$ _: c) i' Q9 g- wclass load_mushroom:/ V+ z6 B% \$ q
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    1 s' R9 {, P  d+ x6 `    # feature_names: 属性名列表7 w5 ^! S* r. e' X4 k
        # target_names: 标签(分类)名
    9 d1 U  h% T. t; R( l    # 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# y, n1 a! Y0 _& T" |
        # target: 目标分类值列表
    * K9 R5 G% M  ]1 Q# Z    def __init__(self):% y7 J0 x3 g& n9 E) K
            df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')- I: Q/ r7 i% e4 M/ N
            data_array = np.array(df)
    8 P3 r7 u' e' g* Q* C$ R        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
    . E7 G+ V1 i$ P                  "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    # U% R$ s5 E4 e$ H3 n* G! T                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
    # g. B* z$ U8 `: k3 v6 g                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    ; X, T, F9 D: |: F: {$ o! k+ b        self.feature_names = labels[1:]
    ) |* V) L" ?1 j$ K3 ]. ^& }: L        self.target_names = labels[0]
    " d$ @9 O4 F) Z7 y        self.data = data_array[0:,1:]/ T; m, Z$ N  u/ @& a5 v! s7 @  N
            self.target = data_array[0:,0]
    0 {8 w" E, R$ Z; m# m8 S" `! ^9 D# O/ V/ T. b7 D% @: y2 g# 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
    0 s5 h" l8 Z! b- c! d* _class new_dataset:
    $ s* i, Z4 h' }; a    # feature_names: 属性名列表
    1 H4 [% C" f' ~2 Q0 x    # target_names: 标签(分类)名
    # \# F% v# K0 s  R3 H    # 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7 W; ~; @/ p  ~5 w/ ^1 g" y
        # target: 目标分类值列表
    " Y! b9 _, H7 T+ c7 L    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    & s0 E5 B! M+ P2 B" L4 R        self.feature_names = f_n( E4 c( {* k. `& H* _2 p
            self.target_names = t_n. z7 o# q% c. @; N' k  }# c- ?4 p
            self.data = d# p" e4 G5 n/ d1 B+ Y2 [
            self.target = t$ N2 C8 n  ], v
    " H) A1 i( N( ]& P( Q# s7 t8 p
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    * d) {5 k& `7 p6 P# _: M#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率3 M# {& {" k2 [. |  t! K" c+ k
    # target: 分类结果的列表, return: 信息熵* C- S6 u$ \. }! }/ \+ U% H/ K
    def get_h(target):/ A# Z+ ~1 J; g
        target_count = {}( n# L) Y8 n3 L+ U! N: R6 G1 x4 E
        for i in range(len(target)):
    # c$ X3 Y$ S6 q0 \        label = target
    2 O3 S6 m' B  o( ]# @1 t% b        if label not in target_count.keys():
    # U) [' u: @" M% P4 n            target_count[label] = 1.0
    4 D9 I/ I3 G2 h7 Y        else:
    8 U3 N/ K9 C$ W6 a            target_count[label] += 1.0% j" Y- @+ m) W# t. g5 {3 \
        h = 0.0
    / H- n, K6 G5 P% X; ?" M* D    for k in target_count:
    . y6 v1 m: A% W2 Z+ C        p = target_count[k] / len(target)8 C8 j. ]& i8 ]
            h -= p * log(p, 2)  Z  d& V5 r$ Q0 f, Z) L4 g
        return h
    ! O4 C5 m% w( _$ S1 G
    ' f8 Y" b. [6 \. a$ |# 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
    ! }! ]2 g; i1 C- T, g2 @* O# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列( [! X- q7 V0 n: `1 G
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    3 @' k5 X! \  ]. s5 q/ ~- R* R; T    sub_data = []
    * c! u" c- X, h  p; D    sub_target = []
    " q  J) _  C- n8 d    f_index = -1! C  ^! Z* q8 S5 a0 I" q$ S9 p
        for i in range(len(dataset.feature_names)):: D9 w( [' N3 x; p
            if dataset.feature_names == feature_name:# I" K5 A6 r& @" B/ d
                f_index = i3 P8 g' N/ y: g- w
                break
    0 `' U% v4 \+ C/ |. ]' {3 X0 t
    ' M/ K# v0 T8 z8 l' V9 Z    for i in range(len(dataset.data)):$ f6 J4 R$ p6 c# w
            if dataset.data[f_index] == feature_value:/ j* N5 L! _& h4 M  E% ~+ ]1 V! s
                l = list(dataset.data[:f_index])
    4 n6 [- N6 p' F4 [  N( W            l.extend(dataset.data[f_index+1:])
    " `  ?. c! ]$ R% R            sub_data.append(l)7 U+ u0 v3 W- @- p
                sub_target.append(dataset.target)
      _6 J8 r1 h( A# p+ R, q- W  Y. v/ O3 [
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])' K* |6 x# k3 k0 S# K& l: R
        sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])- b# N0 u6 o% R9 ^. \
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    ! ]! O$ j; t; F. t
    " C& |1 d3 I  y# H& y" b$ i6 g) S# 寻找并返回信息收益最大的属性划分1 @% ~4 n; `$ S- ?$ p# U) f
    # 信息收益值划分该数据集前后的熵减) C, z  j  d# j( p
    # 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$
    - ^* ]% a% |* ~: @* N- B' tdef best_spilt(dataset):
    5 A" L" b( k2 s4 a) d: x& S5 A& \1 }% [
        base_h = get_h(dataset.target)5 D  ?0 ~% Q, @$ d0 e
        best_gain = 0.07 s! q! N: }5 e( i5 s& Q
        best_feature = None
    " ]1 T/ S# c8 B$ H$ P! {1 ~; Z    for i in range(len(dataset.feature_names)):5 B+ L2 i9 U$ v/ J
            feature_range = []
      B* U! G8 r/ s. Z4 V! W  X        for j in range(len(dataset.data)):
    ; [0 A2 p4 c* }            if dataset.data[j] not in feature_range:0 G# ]# L. _6 I$ M
                    feature_range.append(dataset.data[j])
    4 k# a4 Q5 r' i( j' T- M& _+ T
    ) \- y- _5 q9 n- R' s3 N( |        spilt_h = 0.0. q/ Z, N+ C7 n) k5 @; B- a& d
            for feature_value in feature_range:
    , n" ?# e8 a( e9 w% [6 O* ?1 R+ L            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)* m3 q2 |9 T* u: Z1 u' V& C0 v' ]( d1 u
                spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
    5 [: Y0 U+ ?/ F( x6 i0 L+ [. }% l7 w9 S- {8 H& C
            if best_gain <= base_h - spilt_h:; h# n0 }5 W$ c0 w3 S4 u) n7 n
                best_gain = base_h - spilt_h( F3 t1 V' _) e; p) T+ T- ~; h3 v
                best_feature = dataset.feature_names& m; R* n1 c5 Y5 f
    + X% j; f3 o  P8 A  n
        return best_feature1 S. i5 k+ W0 O
    ( K6 m' F4 x& t0 B3 i% q8 U
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签2 T' ]1 ]* w2 N5 ]. n( h& }
    def vote_most(dataset):
    " `' q  H5 W5 v$ S4 D" M    target_range = {}
    0 C2 \' i+ W" y8 B& E* p    best_target = None
    & T5 g+ A( D# [    best_vote = 0' N  a$ P1 D' J
    ) }. ?" k) }; X" W! q! `! b
        for t in dataset.target:' g3 w4 n" g" z+ ?; M0 a1 O9 z
            if t not in target_range.keys():5 K1 j' P& {' \
                target_range[t] = 1
    ! V0 b+ f5 D* r$ Q1 O8 l2 K( N- v' ]        else:* C% V1 L: v8 ?' p/ H1 d" E
                target_range[t] += 1
    : {' p, N8 q& |0 z8 @. q4 ]5 ^. k( W3 [3 A6 r  I" m1 a( S
        for t in target_range.keys():) H& v/ a' t- D5 l( \) V0 W; u
            if target_range[t] > best_vote:
    5 j9 m0 u) p# A2 W; W' H            best_vote = target_range[t]( |6 k7 |* ^" F7 `
                best_target = t! O* C) \" b, ?0 W8 K+ Z

    6 V; `$ S) r9 K8 {    return best_target
    1 Q( ~; U* A8 @% l2 D8 x
    % r( }+ d/ f: ^2 c" i, b- t# 返回测试的正确率* e3 C: x1 `) E7 J; Q
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表2 V, ~* R" W+ Q' Y4 Z! y! M& i
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):
    & I* N' ^& s. O+ O    # print("Predict Result: ", predict_result)! r( R* d5 s) `: ^1 a5 K2 Z
        # print("Target Result:  ", target_result)
    ' C& ]3 @) |: y) U, g$ {/ ?9 N/ Y  U    accuracy_score = 0
    9 Z! n6 h' _0 ]) ^    for i in range(len(predict_result)):
    * f9 d9 w( {* o0 o# a8 ?& E        if predict_result == target_result:* ]( x, y0 h: [. B+ |
                accuracy_score += 19 S/ D+ u% X+ Y: U
        return accuracy_score / len(predict_result)7 X" P- @% @  B3 \- E
    ( S4 \) k0 [7 ~) Q
    # 决策树的节点结构
    9 M/ G# [" E! S7 E/ xclass dt_node:
    4 z! @# G$ K- }! m; f
    " X( e% }% o- E; I    def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):/ }4 X" N" T8 Z9 v' U! Z
            global nonce
    : L! x7 R' E2 L; X7 u        self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图* H7 |. j8 G$ y8 k
            nonce += 1) b1 b$ D& I1 [- w
            self.feature_name = None) n1 x8 ^" y4 T& w' H" [
            self.target_value = None
    ' C  p& @: j/ D3 v" g- O: q# {        self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签
    8 E4 M  v. |) l2 K        if not is_leaf:
    / }1 k9 d9 p4 l- \% Q) ?$ H3 o            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名( e/ a. j; M" w. F& `: k
            else:
    8 Z/ [3 W2 H2 g9 n2 I4 T0 j' c% T2 `            self.target_value = content # 叶子节点的标签3 [" G9 r% x: O7 d3 U
    2 a' v- g3 ~! R! w2 V" A& T" ^
            self.parent = parent
    0 v& b/ i6 C$ m; a  Z* q. C        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值% g& t' m% w1 I9 O. `* k: F
    1 a0 _1 U$ c0 W9 {
    # 决策树模型3 V0 s, m  P& i5 X* n
    class dt_tree:
    6 Q$ U( @4 Y# p
    & f" K1 X8 v& H' V5 x. W    def __init__(self):
    9 z0 y! u; Y  B# w2 C( H        self.tree = None # 决策树的根节点3 `: r. g9 T$ {# o$ U4 _
            self.map_str = """
    5 s/ ~: n# J! i2 Z: h# [# ~            digraph demo{0 M6 P! E/ K5 H* v( d0 i
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];  V& z  O0 @8 G# p; r6 G; `
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];6 P9 k, h% K4 v$ X0 H( }
                """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    3 u, e! k1 K( G1 s* C        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值3 K5 e. e, G. ^- E

    6 s7 _" j/ H' V  x9 \9 ^( |' {    # 训练模型, train_set: 训练集
    / F5 E6 O* R: |4 [. I2 v/ G! O, C3 P    def fit(self, train_set):
    # n6 m5 c+ `* {. X* C9 F# m/ `& d  @( m" H3 e  ]6 t* r4 \' y0 e
            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
    9 c3 C+ y8 q/ C1 t+ \8 Q; \            return None  z  Q- e8 V7 y( r7 y

    + I+ D; ^' W9 I6 ?! ^. u        target_all_same = True, V  u" E( t, U+ ]  |% N$ t
            for i in train_set.target:
    . X5 }# t& s0 I& x1 }            if i != train_set.target[0]:
    . g$ Q; Y# V$ V                target_all_same = False6 O4 g1 q% x" t8 b6 ], h
                    break* D8 ~9 V  S- x) T' E

    6 \4 G) u1 n! Q" u8 |        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 B. K9 R  L( Y5 s            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True); A% v# v" C$ b/ }7 Q" [# M: b2 C. E
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    ! [* |( e  S8 B# L/ s- h' M- a  d. m                self.tree = node) m' E3 i, A) k& l2 v" n0 a  h. q

    2 J# |- @4 ^3 X$ p            # 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
      y8 v1 q" P3 ~- q% F, i            node_content = "标签:" + str(node.target_value)" ~4 R! f/ w1 p8 {0 f6 {4 v
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"( k5 i! m/ O4 V- [4 g, ?6 J9 e, L
    / F* A: ^1 z. A  U( C
                return node
    + Y4 y" w4 Y* s        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
    & l* T0 W! [2 X6 Z' ^            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
    - D* g. V# m6 l2 E            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点4 x2 t5 Q) W: K3 g
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    3 u( r# u( g" T                self.tree = node9 k# `/ p6 U6 b  p
    3 ^# \1 x0 x  H2 m+ w+ j" Z
                # 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
    $ `' P* V* p8 U8 W; ^8 s            node_content = "标签:" + str(node.target_value)% d; \2 v$ R0 b
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"& f4 @/ c, D0 `" T9 r% y

    . J9 W- S6 p- x( ]% ~            return node0 ^. }$ E- f# ?1 W
            else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点
    # p; |0 c5 F0 R5 O6 w# P& q            best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    + S* A; s$ @$ h6 e. `) V5 h            best_feature_index = -1
    6 J- L6 K' z8 u            for i in range(len(train_set.feature_names)):
    " d* i7 [1 t+ m' A5 [9 l: A                if train_set.feature_names == best_feature:
    . E$ B8 n$ i  H4 d                    best_feature_index = i
    ; w' I: C3 g5 S" o0 n, N                    break
    6 ~- H4 P, A1 O& v$ Z! r, O8 y2 _5 @1 Q1 o' ~6 L
                node = dt_node(best_feature)
    $ ~1 e1 b& m0 n2 l  j1 i4 P# |. k            node.vote_most = vote_most(train_set). Y# B3 i# o4 Q7 B$ v+ z$ U! V
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    - b' a0 Z0 N' E                self.tree = node
    2 r/ u# U; c$ K# l                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    0 D$ \/ c/ }8 x& d                for i in range(len(train_set.target)):9 i% j1 s5 K; J% [0 o
                        if train_set.target not in self.color_dir:/ q8 g" k, I" n/ R& b* H* l
                            global color_i" \2 T5 W9 X% N% X
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    # i' E- Z3 k4 E% l1 @8 w" q2 k                        color_i += 14 w; _  }# ~* s+ p: [6 ~' O; h
                            color_i %= len(color_set)& S9 u4 `" p7 ~
    % J0 Q/ i7 i, M3 ?
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值9 f. }! w+ `0 _' [0 `$ O/ @
                for t in train_set.data:
    8 n1 F0 {0 m0 n  t4 Y5 L                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    5 v% H7 u' ~) P: h* x                    feature_range.append(t[best_feature_index])7 y& i9 J6 I' j% w9 ^% X" y8 ~1 ~: h
    : U' R: X8 z, m/ r2 V5 Y" s
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
    - j# u. d% N8 g5 t6 C            node_content = "属性:" + node.feature_name
    ) E( e! [2 [4 g/ d( u& [            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    - V" R! a& z. w. J! Q: Q$ B$ h  V  ?& E, @7 Y* Q
                for feature_value in feature_range:5 U0 S$ X2 ]* p' w! h+ o
                    subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集2 l' X8 d- t4 L1 ?; v' D$ n+ G2 d
                    node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点+ s) s$ b& r2 I4 u
                    if node.child[feature_value] == None:
    6 r2 F! G3 k7 }4 ^                    # 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: _$ ]/ u" g$ q/ H1 b4 @/ L
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)) |, O& l5 Y$ u
                    node.child[feature_value].parent = node
    & O; j, _9 |4 Q6 R
    0 M5 {* N, c/ @) g, _                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线8 D- r3 ~$ @5 i8 b' x
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    , T% r, \  L/ q  A' T+ N+ N8 l1 d- V; }1 _8 h& y
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
    ; V$ c4 \4 c7 L. g            # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)7 m; N* f, o' A# a
                # for feature_value in feature_range:6 v  y! R" \/ ]: a# ?
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)$ g4 R6 A: [( ^" }) N5 a2 @4 p% S
                return node$ s2 N% [( H5 D1 p/ i: }
    4 _, D& o" a4 |3 P( i
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测" y1 H3 M0 k) L9 \* R5 p
        def predict(self, test_set):4 [8 d1 R# o; |+ |; _7 N8 Y0 e
            test_result = []/ t1 J1 F' H# f/ I8 M4 g/ Y- N
            for test in test_set.data:
    ) C0 Y1 C8 O: e. ~$ y7 {) V            node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    $ q) F# Z1 u% I+ P, G            while node.target_value == None:, L: D9 O# T/ {8 d. i
                    feature_name_index = -1
    ) Y& k% y/ w9 z* ]                for i in range(len(test_set.feature_names)):) F& g' j. ?5 y( v6 l! t  Q
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:: S+ N  m! Q% |8 c8 z
                            feature_name_index = i2 y4 N+ j# h+ U" J4 h
                            break
    3 Y, k3 }' O* d3 z- [! v  P  R% L                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():
    ' X% W! ?$ m; H) o2 E" |                    break
    / f* ~6 u+ o9 @/ N6 J: e4 a                else:- D5 c# N7 X% I
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    / H$ B& c' p0 Y3 a" g( Y5 \
    : E3 H4 {* S7 v" ~& s* t  f            if node.target_value == None:
    7 R- Z9 O( e$ `- A9 Y                test_result.append(node.vote_most)4 ?$ ?1 I) k+ Z/ X( b: v
                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+ d0 B! w( i1 ^! l" D" ^5 X
                    test_result.append(node.target_value)
    4 p  l/ m: k* N" g; h/ ]% h6 Q7 h( u! k/ w. W
            return test_result) ]; S7 A% T! I* `0 _3 Q% S' d% a
    3 F5 Z$ ^2 K8 X8 W; Z3 C
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    # I/ o$ L$ u9 Q) l    def show_tree(self, path="demo.png"):  ^2 i" P( \1 q5 u
            map = self.map_str + "}"$ }8 e4 k% k9 u
            print(map)% e7 w* b& a5 H# ~1 e
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    6 C/ u2 N4 |" g, C  a* `1 f        graph.write_png(path); q7 y% J' F9 E! M; k4 H! R+ }
    % E* A* u& _% v! \' ?3 e
    # 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+ T* F( E0 F/ o: \3 y2 ]
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):
    $ G1 g6 m' X+ z4 H/ b$ [! t& s7 C" l    c = dataset3 r/ I6 d+ c# m
        r = range(5, len(c.data) - 1, interval)/ a. S6 ?  K/ k' F2 j5 d: o
        rates = []/ e, p) ?1 I; u$ q
        for train_num in r:$ @" D( u% k. ]" ^
            print(train_num)
    + O, v7 f! k& c: I, {% I' g        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])$ B' J; w) `1 k  K; c
            test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    % ]* ~( @2 Z$ T! J+ S        dt = dt_tree()3 @/ J6 Z# _/ H/ T4 G  L
            dt.fit(train_set)
    : ^% f  Z6 N: b5 d! D        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))( @# Y% F0 m! X5 B1 y( W
      Y* \; z+ [7 N! H& H1 z
        print(rates)0 [0 x% C3 \$ l- S+ A$ `/ H
        plt.plot(r, rates); j$ P' f* S  O( Y! x+ I1 H9 `
        plt.ylabel(label)
    & b1 n) h+ p1 d+ @. X    plt.show()
      C2 ~9 H  K. k8 T- W' r$ T1 S( D, n+ o4 T
    if __name__ == '__main__':) a$ B  Y; v  |, Y8 {
    ; K$ u* J' A7 r
        c = load_car()  # 载入汽车数据集' Y; D$ v5 k6 B/ W  d
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集, O+ f( l& O3 ~! ?+ a
        train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集): z/ m/ W9 o8 R$ N. m; w  E
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    9 m7 n. C4 m  ^, d2 D    test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])* i- w1 q. @! {  V$ s( u' Q

    7 ^' D2 N0 |; c0 }8 K) x+ m    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    . o2 i3 Q1 t# n0 p' C    dt.fit(train_set)  # 训练$ C. l6 T) w/ S% t
        dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    - M; ?4 i* \2 r# U. }; n    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧# U" j7 A4 C& ?8 @' s, S

    + P" k/ G6 u' c) G8 g: ~    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")8 ?/ Z$ d1 @3 x3 R' h* |6 c; l  n
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)6 S- }5 ]- K0 T! s5 T! [: v) S, r% [
    ; j' ^. F7 @; R9 G7 T4 p
    : j5 c  C% X) g3 ^- G
    1 Y! O0 q7 y4 m" ]$ }1 Y6 q
    1* f" l- R+ t7 g8 f' r0 L
    21 S# g8 o5 t) Y( u/ C7 R0 m
    3
    # v5 Y) H6 M. [- Z  m  D* i48 Y0 q6 u' e5 S& y% T: j
    5% P+ }- G5 [) ]9 L1 p0 I
    6# \" M$ w0 @/ L/ q1 V8 M
    71 B+ r, ~. p/ r
    8
    - |; m- O1 e4 j0 t, ?/ [. U$ I9
    . |' s* s, k* n, L! Y10
    * N# r/ y( t- x114 a. D+ G9 c& K7 V
    12; S9 n  `# {" {( k' M* F/ L! K
    13' W8 Q, Y. y" ]% q; z
    14
      h9 i8 B7 B( B; Y155 M2 V+ ^! C: M3 ~& q
    16' z2 d$ `- M+ G# L
    17  `" i0 n. X5 M) g, [
    18
    0 l) q7 d! L4 N4 l. y5 y196 @6 F. X0 A( j5 G1 g4 }
    20  q: r* G9 S9 G# M; Z$ {
    210 R  m( q) |) [; t
    22
    & q- [+ c+ ^9 }7 q236 h5 r1 p/ W$ _+ g& O
    245 |- c7 M6 O. m1 {
    25
    3 z; B* {, g+ I2 {' d  f7 z26
    " I  Q7 Z8 ^# C27. }  y2 A& D6 \) U8 o
    28
    6 h& Y! E' \7 @) G29( ^5 o: P/ H/ _; b- }
    30
    ) W! n! y/ d' l7 x31
    8 j; @/ R- r/ n5 G+ D1 Z- ~1 [1 N32
    3 p) A! B' N4 B8 j33
    * R* g3 u% O: p$ q6 G, T1 P4 |34( R( [7 |1 x$ _- s" i- r
    35' l! ]9 N0 P! z- g+ x
    36
    . }, y0 F& U. N. q# S  u1 T5 S378 g$ ^$ S7 E0 x* `, v
    38
    * V% {6 A7 H! m/ T4 K6 Y- w39
    ( P* f# h; V( r) D! \- w40) k' U; Z9 k8 F9 K' b5 _. r, C
    410 O3 W4 v& O5 g# U
    424 L3 L8 u" Z- W9 c
    43
    / {9 Y, _  ]# X- U" }4 l44( _$ I9 G1 c! S! a. M) D8 Z2 ?
    45  p- ]7 A  Y; S3 }% }
    468 [# ~1 G* R5 [: ?0 t# L# y% I( q
    47; H8 |) i+ ]7 e' H
    48
    1 `9 v* K$ `7 X3 Z1 a' J9 F49
    ' \. f9 `4 y, E- l# V3 j: \506 G! R" f4 Q0 J
    517 L! r2 ~0 q0 f
    52
    ! o! j2 {$ U$ e- s6 j5 B53
    # }+ {: ^8 ^% R& `1 E5 |2 d" H  ~54% x* e( a* n$ f8 D4 J6 n8 F+ O
    55$ B$ q& i/ v+ @" _2 E& U$ W; c) C
    56
    / q, ^# g! q, c9 f+ d6 |57; q- W. d- g1 g. ?4 p% c
    58
    ' S# h& ?% K: W) }7 [59' |# k! t8 r: E6 L; j! n. G
    60
    2 N1 y4 z6 W- L. C% Z61
    4 {! k/ q9 }( f7 ?2 C62
      I: M$ Y: H2 v6 x8 w" n. K9 L637 k7 l' [5 b8 I, ~2 N
    645 i" O* y; Y7 {% f+ _
    65; i9 M. s; ]4 A; C
    66
    3 ~* P* u. ^5 w67
    6 W, T5 i0 k' @3 @, m( ?" X1 i688 E9 h! C. X. l8 A% R4 Q9 B
    69
    4 ~6 D. |! L; A% E3 F8 j( G: C% H' |70
    0 X' I* }2 I' O- d3 A2 K71
    6 w$ V; T) S  m( b" z7 o720 }( s$ w4 Q6 s5 C8 ^/ U
    73. |3 H/ T8 c7 e% W$ ?7 P: d/ k. O+ \
    74' u. n: ^/ L! u6 e  O9 G, P
    75
    ( K) q2 U1 E0 E76! P+ x" t) {' V6 v9 c- _9 E. U
    77
    / v2 D& U/ B% n1 q# u9 d78& g8 g. B& }% T3 |7 T
    79* [0 a1 F; p1 w) \
    80- p" L  G# {6 C
    811 A+ {& l! w: _- c3 A# ~( p6 E
    82
    ; ^5 Z0 @* `7 V0 W) v4 L% U83% B/ N; }' S% A. u' _! j
    84) N- l5 j7 h; E2 w  p
    85
    : b1 [  k. X. `9 p6 @& V86
    + |6 R" t. W, C6 B87
    ! n7 E1 w0 l6 c# \88- u% }+ n* ~" K! e7 G5 P
    89) }7 p5 V$ z  c: c7 ^
    90
    ( ~! [+ z/ [$ U913 W: O. }" b' w, @& R7 H
    923 f7 ]* I1 K- A& i' U
    93
    9 R' l0 ]  i* v/ M* v94* r# X* ]: a6 t
    95* ~3 [; X! g5 m6 i$ m$ i# ^& |
    96; K$ \) S, x1 {
    97
    0 p; k  B3 U4 |8 Q# f& Q98
    : t( a6 q) i, d6 O+ D+ n99
    0 o6 W5 M2 B* R! v0 @4 G% Y+ y  A100
    / F9 \: P, n# p4 t: q/ k/ G101
    4 Y4 H4 i+ e7 N* M8 p% G' c, B102
    . c) D3 ^. \- l; M2 b: k& h103
    6 l8 R. M0 o. F  ~1 l( p104
    9 y9 N% u/ w, n; y" B' p105, I5 u$ m! t( _+ D- E, H/ n6 ~/ M
    106
    ' ?2 G% j. i( U4 g: o107& a% V0 W$ S' K& v- O9 k
    108
      a# q. Y2 M7 b# t. q, H  k0 v109
      R# h( T2 o( f, M( p9 G7 x$ t110
    2 y% t$ T+ N' ^9 ~. k8 n( s111
    1 U. d9 c6 Q: _1 H7 c112
    ; A  S1 ?2 R7 Y7 d113
    * y& i, g; k  ~0 [7 ]# R7 M0 i114  E4 B" Z3 c% e# U' h
    115
    ! U4 C  g. z, l+ y' m116
    $ c* B. R2 N; u117
    % s& ~' _% {. X0 p118. `) n$ ^3 W: S3 u4 M
    119
    ! ^; _$ o9 H# J- m# X4 ]0 V* M120, @; K9 U" @, h
    121# n# T0 @, J# S! Y1 b! X% Q8 h
    1225 ?2 f- m1 h5 K2 w0 @$ l/ H) b
    123
    : U. O; Z+ Y! ^. U& s0 N2 y, x% z1240 u0 K+ d( c8 E0 H. O/ H8 P
    125
    ; `, Y' N9 ^6 w: H5 Z126
    ) ^2 ]( S8 S& g" H6 q5 G' ?9 r3 E. `127
    ( W+ O/ ], \0 ~3 F- C128
    ) r( J3 u3 a+ q- W" K129$ {- H0 ^  i8 J: z
    130
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