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TA的每日心情 | 开心 2021-8-11 17:59 |
|---|
签到天数: 17 天 [LV.4]偶尔看看III 网络挑战赛参赛者 网络挑战赛参赛者 - 自我介绍
- 本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。
 群组: 2018美赛大象算法课程 群组: 2018美赛护航培训课程 群组: 2019年 数学中国站长建 群组: 2019年数据分析师课程 群组: 2018年大象老师国赛优 |
基于Python实现的决策树模型" 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
128( H h( K5 q7 T+ e, b3 i
129
, I$ I0 W& Z i+ h2 \1308 |& I0 Z9 B: {
131
& m7 K; d T2 M$ J W132
) D c7 g+ Y: H0 A+ Q g: d133/ S& {& ?6 [( }, x+ S% o/ b5 k
134% P$ ]# }/ ?- Q; [) f
1351 H- K4 H N7 `6 P
136
3 r' g2 M4 u8 P* R, O4 u# p, M1370 K7 b2 Z5 S0 u! p/ ^
138. `7 t1 X: M5 B- C% X. @
139+ e/ q* d- @# S& J
140. C& y1 W# Q* f3 {* H; H6 R2 Z
141
) \( V+ L2 z9 j4 N" r( X) C% R. @142
9 @3 u1 B! ]* |7 K2 ^; f" P) ~143
% u! I# B5 \& r144
! t4 n2 E, r) s2 w$ M% \0 R145$ \, W/ ^. R% i2 i' k; D5 a
146
0 G6 Z7 n2 W) k8 K147
$ ] h8 K$ ~8 a5 q* U148
, F# t2 Y6 ~ f% F149
. H2 r( M* n4 t9 V) I: y150$ _$ Q# g" Z! n5 ^1 r
151! O3 D3 b+ \: |4 S
152
/ n# r( s9 b) o# h0 y: Z h$ u$ @, Z153
% r- X* @) j5 e154
5 u$ o( {8 m% k. [% G155$ ]7 V% y+ W- F6 L! F; y1 |7 n$ z6 [* }
1562 I' Q3 u0 Y8 `0 l
157
; `( ^7 G9 j! t- Q3 x0 T158
t8 L6 B3 v, Y4 n159
3 g0 H( c6 o* m4 Q, ]$ J160
/ k7 s8 m# H2 G$ Q161
% k' _' d6 P4 O2 b; b. o2 M$ I1622 n- X2 ?0 M; h1 l! a
163
2 e! k! X, F2 h- I% b1 ~: O164
* F, Z, L7 k4 N) S165
3 y! [# K9 b7 Q# ^166
) z( V' e, H/ ?5 E$ H167/ U) q* p) `6 R. F* S
168( q" S, S! w" X4 A
169
1 v& d6 L( }& p( A6 m8 O170
9 Q$ n# c# |# G5 r, w+ ]171
% g/ y- G! z8 L172" j1 m6 y6 j6 |3 [+ | n
1730 l }# m. b+ s# j9 T4 L, \
174
# k$ C' w, j6 _% g4 t: r* i1757 n6 g4 @& J4 d9 h
176. U# S4 \8 p4 N7 o+ r: n( C" O
177
& s: i! h( t: i& b178/ B9 H( f6 o; T' h
1796 }4 x" E& S& I V* [* O
1800 l7 G& ?9 s3 l
181; `& l/ {9 @ R! n n
182# A' X! d. `6 B( }
183
' u2 B |- R7 e8 F1 I6 j; M! h184
4 q& F5 H! D; u) D' W185
* G) t8 V1 s7 P5 s( z186 K Z# `- w1 E8 H4 [ I
187- l# Y2 v8 c* R
188
* t0 V& m, k7 a5 K189
^( [4 t6 r7 o' I- k" J1909 I6 k+ i1 U* G7 D4 u% g
191
9 o6 w2 Z" I7 ]- k0 E) j- A% T192) T" s6 N; E8 t8 B
193
; Q7 a7 b3 @) D1 _, y- Z( }194# }; Y+ W% s% W w- W# ^
195' m: m# w0 H: P/ [8 |* Y! l5 Y
196- [( B. ?# v! @# W) O
197
: y1 K! ^/ F3 {& A- M198' s+ C4 D! u/ a
199
" A E3 z6 ]2 ]* s8 e8 K8 Y200
/ l6 \6 b8 x& B- a, u" l5 G( k201- d* b( }7 w. V2 g: J. ?7 c
202. r* }! N1 @; X; m4 d8 u6 J, ^- |
203- K0 j* J- `+ h. C# H
204- D" n6 E( @4 |" D" f
205
/ i) j- p0 s5 ~# Y) E4 q206
( _0 o# G. n$ w% V9 ? }, P207
% q# a9 @0 R5 w# I208
6 M; q. m( q! x$ g2 f) y* G2099 i% k& Q. F2 r* B7 B+ h; z7 R2 v( T
210
% A: {" P4 {2 @# u6 x211
% ]1 F9 K/ @6 Y0 J- i/ |212
6 O5 d) }) A8 H( F( T2138 h% e: ?' r% R3 C2 Z6 O3 q/ J" X1 b1 _
2149 V; [- p6 o% u8 c. y* `; l; S1 S
215 {* g- Z/ E+ p- y. x
216
2 I) Q1 X# E, }217* l6 D+ _# A3 [& J! g4 q
218
' @) D8 L; z8 T) ~/ X$ P: R1 v/ R219
2 B+ Q" N8 l- Q, _* [2 B R220
4 q5 N/ Z7 w7 `$ K* x221# @5 H; [. n. F/ y( L0 [" R1 n0 t
222
4 o, W/ F9 N/ Y223
0 j3 i1 X8 x4 A/ R- x224" `0 Q1 Y, ]3 _1 t5 q# T: R0 e
2251 |0 G" r6 x- r: {6 ]: _7 E8 u
226
( k8 s0 I4 v' w! h- ?3 X0 e227
: N4 K1 v- i* \3 ^ }' i228
3 M! T* m1 w$ O/ m229- ~5 B' K2 T( v
230
- x4 K6 B% y- x- k3 P1 `- E( A231
* G8 J8 h, e% M: f* K232/ ]4 T/ E& Z) a1 r% v
233# ?/ v- u. r+ N" b- B9 w8 v
234) D6 t3 M% j5 D6 j# M3 p+ I
235
. P$ a) Z b; |" C' N5 r% x5 t236
5 S: H9 l$ {( Q/ j8 W- e237, s0 C! ]) p# y! @5 u- V1 K' P/ w
2387 d* q& w1 I, U3 m; k
2399 G0 r& g, [; Y, V# H! P
240
8 n' l% w: R& Y/ t R5 o4 _) `, ?241* t: j" c4 `+ w, g2 ]
242
5 Z) ?7 n* [8 d, N |: W4 R$ _( C243# i( g( \; @( Z1 @% w2 h7 s& g
244. w9 \" Q) r& J8 m l
245
- b( X7 E1 C0 Z4 {246& L7 e6 z2 P1 K- j+ q3 ]
2478 ]; T3 a) A4 v6 V
248, _ f$ o0 V$ E* H6 Y+ h
249
" F, y, O. v& v8 J! P$ H250
4 l" ~+ ?# i/ s5 Y W0 S7 `5 u251" S" V8 y' r, T5 R
252& D3 M+ u) D, d. @3 ^3 G* R
253- e; @, s+ M0 e/ [4 E7 \+ N4 ^9 p
254* O% i4 T! r" w/ R8 B" g$ M
255- e" g1 J0 c: N) s$ M$ \. e
256; Q! s: R' g7 u: r4 K
257
& m# E6 N; F) B7 L2 N, E2587 \7 H. t9 c: ?
259
; C5 J; b% F% v. z+ Y+ r260% L; [& O5 V( r4 N
261
I. h4 R4 L! O1 M262
8 q. x( g4 G# b: n6 z263
& T" s) B" ]8 n6 e- ?) E264/ f) A% |9 }' ]9 m; s
265
' j) p* E T k266
5 J# |) B' U3 [& t! g4 C9 N267
* K; w2 r, ^$ j9 T2 c, Q268
( l. m! X* e- W1 P3 Y8 G4 S. {2690 k1 c+ I& B: b' M4 D
2701 u" g, d K) ]9 j$ @2 k( d! m
271
+ K% A* N. o+ a" ~272
) E0 a6 A0 N" Q( P9 r k2 K% A( L273
6 z$ C1 F3 d: _0 A274
) X8 G9 f4 z( h0 ]9 o275
7 G5 } i ?! G/ u" v( E276
2 a$ C& f2 q$ g, o$ k2775 D9 B" Q. e G9 F- I0 |7 G
278
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