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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
% `4 W& Z$ b0 y* I y4 q/ b- t& t8 a
决策树模型# k6 A9 o# g6 `" k
目录
# x. u0 g0 t6 y. H& w* w5 `人工智能第五次实验报告 1
7 V p5 x" \( @% q. b0 [6 T; t决策树模型 10 y7 U- S0 O3 t: b4 O
一 、问题背景 1
$ \$ f: @) ?2 i- k1.1 监督学习简介 1
- T9 n/ _! b1 h3 k3 E1.2 决策树简介 1) e% s* y: D1 e& k) j
二 、程序说明 3
# c1 Y7 t/ b. S2.1 数据载入 34 T2 @" l: V; ^2 C1 }! l6 d2 D
2.2 功能函数 3
9 r4 @* E) w) S( t9 I8 L2.3 决策树模型 4 q3 d7 ]$ @4 g/ J7 M
三 、程序测试 55 Y0 f% y7 Q9 D; ?9 ]+ [
3.1 数据集说明 5- _2 }4 y4 ]: e5 m9 e( ~/ C
3.2 决策树生成和测试 60 b. P5 X3 l$ P9 Q0 f5 t+ H
3.3 学习曲线评估算法精度 7
7 D# v' E0 q8 }2 S x K- o2 H四 、实验总结 8
* a- A, ?" V% C8 m4 B+ u0 P附 录 - 程序代码 8 N {! S2 H1 b a5 j0 s" X
一 、问题背景/ L5 V- ?5 v" U- Z9 ]- V
1.1监督学习简介. \8 Z& O9 O! u5 a) s& H- v3 p
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。9 L+ c% l6 {3 m
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。
- d/ M a. H2 R% n' }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。
% T2 Y/ k, g( W' ]8 |0 u/ s1.2决策树简介4 \& L: C7 f$ X# ~6 j! O, l1 S
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。
- J5 `: ~, P3 _) z+ c决策树的组成
7 G4 S+ G1 c9 u. t' 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。* a$ F$ I& T' D2 k5 [! i
( d) t1 e; l2 e7 rimport numpy as np
6 I( `* q g2 n1 b5 t/ Pfrom matplotlib import pyplot as plt% h7 ?/ X. A: g" h7 [* s& M7 E, _
from math import log6 p3 b" j' h0 e; \
import pandas as pd) f, t1 ~% `5 M6 t8 D5 L
import pydotplus as pdp3 _/ A1 Q# i3 A9 }3 M# ]
5 E) V% e* W9 z3 Z7 T% x8 l0 U"""
3 ] p8 R+ ?: g9 m19335286 郑有为
8 ?! m) L. @, T* l6 |3 Q# z人工智能作业 - 实现ID3决策树4 w2 V% A# \. r! |
"""
8 C u5 c9 D) y- R: d% m( K' i8 w( o9 u
nonce = 0 # 用来给节点一个全局ID) a; E* A5 Z9 O& ~# g: \- l) _
color_i = 0
, p% c, S" |* Y) ]* J# g. M- J' }# 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
$ j% F4 G5 w5 d, g& _: f2 Ycolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
( s8 u1 X' M; I* D6 ]
4 l: `6 g$ E4 e# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买6 R( U4 h% \$ d6 X/ Y& X
class load_car:
& U0 S/ f4 ^) h2 [0 G9 O # 在表格中,最后一列是分类结果8 e5 S1 G) Z; Y" ]; D) {% ?
# feature_names: 属性名列表0 ^, j6 e2 b7 X% K6 \* a
# target_names: 标签(分类)名3 U. H% O3 }% u: A6 h) q0 \& [* _
# 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 L. D, k$ R+ I# i g% t # target: 目标分类值列表! o; G9 `5 {, I) T% ?1 ~3 s2 r
def __init__(self):# P/ M+ s0 U( [: G( \5 b+ o
df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
: _8 t B6 P% R* y# w+ `8 E labels = df.columns.values
% t( H; x7 p" w5 T data_array = np.array(df[1:])! z+ _) L8 j' F ?7 T- w0 T
self.feature_names = labels[0:-1]
4 I2 f& |0 G3 ^ self.target_names = labels[-1]
) P& m1 Z/ r2 {( c self.data = data_array[0:,0:-1]9 @% F7 w0 S% f$ w+ g
self.target = data_array[0:,-1]
- D T. B- x5 b$ _8 K: k' e4 ~" @0 q. \+ F
# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒
4 q8 v* M7 h% Oclass load_mushroom:
1 B% T! ~! w' m # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
1 z" J# F* h. j # feature_names: 属性名列表! W. Y+ m; H) ~7 `# ^& m
# target_names: 标签(分类)名 r, v! L8 q( u' ^; ]2 {$ ]
# 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* M/ y1 K6 {1 L
# target: 目标分类值列表
) p: ]$ o M& v* M3 t def __init__(self):* { p! M) Y! T) V
df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')
7 n9 z1 U% ]" o; b) [4 s data_array = np.array(df)
7 E- v8 x& u% m( [ labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",
( K! i2 d- F, K2 S" ^* l1 X "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",2 u: B7 U8 l0 g4 @3 B$ p- Z& b. @
"stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
% _5 t5 e- k* `6 P) \ "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]' o i$ }0 W# o1 q/ \. W9 N
self.feature_names = labels[1:]
/ h& @8 O. x) U3 g; L! W, X self.target_names = labels[0]; V6 w( `5 Z" c$ e
self.data = data_array[0:,1:]
1 \' ]: v& K9 }/ Q/ R) K; ~ self.target = data_array[0:,0]1 B ?& E" {, e5 Y2 E, K; Y+ _( k" u1 Q* H
2 N8 [1 N% |6 [8 H0 g
# 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用1 q. c1 U6 g* ~0 H5 J3 _, n
class new_dataset:
" @, @" N( g8 x( ?1 Y, G; [+ Z8 s7 L # feature_names: 属性名列表( y6 R( P# @+ E+ L" E) b9 k% K% q
# target_names: 标签(分类)名" _# |# }! ~, ~" J
# 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 ^( h% V: t; K: [. O) F # target: 目标分类值列表
. ~2 Q: i8 A$ F! O, \; T def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
& Y2 \! _# p, J. y, L8 l self.feature_names = f_n+ y9 t- E& } \9 U! D4 w3 B
self.target_names = t_n2 z% D' H! H+ I7 Y* P9 b3 h9 w
self.data = d
4 p, Z$ A% _1 K# \4 ]- ~ self.target = t$ V* U3 e/ w' k0 u2 [# V# R& z( a1 b
4 \- @& q x0 h) E& O8 W i) _# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
1 P P5 |3 y2 O4 s- F7 V" p# 其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率2 S3 E5 k8 P+ k
# target: 分类结果的列表, return: 信息熵% P, \2 R' p2 U( y8 x! g
def get_h(target):
5 B8 a; h! M2 R9 T& M8 D target_count = {}
/ z; @9 z: J8 w% f. E: I for i in range(len(target)):
! {2 Q% ], _$ |6 _; ^4 ]( l label = target! b* p4 ^9 p! k3 C% q- t. Z3 X) j) N+ F
if label not in target_count.keys():
$ j# {/ Y q$ d9 a target_count[label] = 1.0) v& P L0 J, n+ x" Z
else:
8 P5 R. L% s, J' Z2 `2 G target_count[label] += 1.0
1 u9 N7 o& w }: m: z. c; d h = 0.0( G9 @+ s; F- W* y
for k in target_count:
) Z& Z4 h& Z" W) s3 g' J# f p = target_count[k] / len(target)8 R$ ]1 O4 `$ i5 _
h -= p * log(p, 2)" s, o& w9 ?; x' }, G
return h
6 |% W. i% P- }
( W1 [# @- e/ y' P# 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
$ l9 }' l$ V2 S" O& L7 M h# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列
0 z4 t/ {) s5 d3 g) idef get_subset(dataset, feature_name, feature_value):6 S+ C$ g8 G7 M" `& N- L
sub_data = []8 j" k* k$ p8 x$ S
sub_target = []
, k; n& h* E6 F4 h D5 H8 l F f_index = -14 W5 A% c* W8 l- b j% D
for i in range(len(dataset.feature_names)):
( x5 p( D2 F* P) n. x8 ` if dataset.feature_names == feature_name:% ?* I( c) X" f
f_index = i5 U+ H0 q3 p5 @; W
break0 X! D5 `" B( j
/ T1 }1 j& r4 t
for i in range(len(dataset.data)):
0 w0 k8 }2 Q+ ~: O s5 F, h if dataset.data[f_index] == feature_value:; D1 A1 N7 T5 v2 a ^) v
l = list(dataset.data[:f_index])( ^: V+ Y: c: Q7 t5 R
l.extend(dataset.data[f_index+1:])+ |3 k" a4 ]% ]4 l/ Y, `
sub_data.append(l)) O1 E$ r( x" @+ B0 g- h
sub_target.append(dataset.target)
6 J) K6 O, ?( D% x: ~
, U+ T; s/ h I1 | sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
, E8 N+ {6 S4 y( a) d3 [& z sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])* j8 l- a$ i( ? e2 ]0 f
return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
: \; u, [8 q$ e7 `5 x( W' g) P/ q. V, B$ V" {6 f1 p
# 寻找并返回信息收益最大的属性划分
0 K: h' F! F( I! a4 t# 信息收益值划分该数据集前后的熵减 O' S, O* x; m: V+ v6 T
# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$8 Z7 w/ {: }# n1 Z2 w; l
def best_spilt(dataset):
" s+ b6 { N9 n* A, m; J! z8 P! U2 D8 r" `8 T, r8 I' ]& `6 {# W6 F
base_h = get_h(dataset.target)
; D. w0 m" `9 s# a* W* I) T best_gain = 0.0
8 P1 }. g( H+ [ best_feature = None9 I1 R4 m- Q1 R6 X
for i in range(len(dataset.feature_names)):
- C0 W' A- }. k feature_range = []
- l" C/ L4 O1 a3 u for j in range(len(dataset.data)):$ k: L% _5 A f* n
if dataset.data[j] not in feature_range:
N1 L9 [/ t; ?1 e feature_range.append(dataset.data[j])
5 ?5 r% r/ A- o( Q# N @ j- H3 b/ V( U5 d4 z, `4 b
spilt_h = 0.02 S6 [ G9 l# s' E3 I
for feature_value in feature_range:, o9 G% W; Y: m
subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
6 t8 s# P* z4 G x% E0 v( d spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)
2 D+ Y. p4 Z3 D& b6 K1 W$ L3 C/ F$ s8 Q% Z. @( }
if best_gain <= base_h - spilt_h:
% I* W8 _/ Z" Q+ @ best_gain = base_h - spilt_h1 `/ B! P8 a( Z# C
best_feature = dataset.feature_names
$ Q, M* |5 G$ n' G4 J( P2 S4 d# v% z& L& @& `! g' Q
return best_feature3 K$ n: z/ R9 K! w. ^3 M
- o- K2 \. j! @1 x
# 返回数据集中一个数据最可能的标签" ~& H& w9 ~6 l d; \0 Q
def vote_most(dataset):
" f7 h) |: j/ C; s* ~9 R' f5 J } target_range = {}9 B8 t7 e- o" [) O. Z( z9 T
best_target = None
# m, U% E' Q+ O" E8 p3 V best_vote = 0
" ~# b" a7 h! j7 O) H# {9 c8 B; n* H& D
for t in dataset.target:
/ f4 _, i3 \: k C if t not in target_range.keys():
8 V7 s' Y- `, Y/ G target_range[t] = 16 H! ]4 A; [: Z0 {$ r( F
else:
, l& h) [( M% P8 V" M! _ target_range[t] += 11 y, A. U8 i0 I7 F( t3 F5 A1 L. [, \
. q9 \6 W7 O& s* o0 T for t in target_range.keys():
6 X, K9 x ^( I5 g* ]. X. B6 h# | if target_range[t] > best_vote:" r7 l; h, D( n8 l
best_vote = target_range[t]3 q" L$ M( Q+ J* ^" ?1 @
best_target = t2 w8 \$ |# }( R3 o+ J
0 n% l; s+ ]+ v2 v; S2 K8 } return best_target1 y% u) M9 ^1 r. ~
( t1 A) h( \$ ~, k: I
# 返回测试的正确率
) ~- R2 v' z9 n4 U" q# predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表
$ x& {4 C% Q* p; y1 \def accuracy_rate(predict_result, target_result):# D1 k( `6 n! H) r4 j. y/ X/ C8 ]
# print("Predict Result: ", predict_result)
" ?) O1 o. g; z" y/ B # print("Target Result: ", target_result): C9 w& B8 v. g, {4 d! p
accuracy_score = 0
6 v& m5 _; {0 I5 w1 V0 n& i8 r) n& w for i in range(len(predict_result)):
( g* H; P# E# J if predict_result == target_result:
; h2 O: y4 V0 n2 u0 j accuracy_score += 1- F. J- t3 \& d5 J4 K
return accuracy_score / len(predict_result)6 _% I) e3 G8 S+ r* I1 M2 q# ]& I# i
; o$ f% R. b9 ?3 C# 决策树的节点结构
* }* ^' S: u4 z8 E) C: ~2 t1 qclass dt_node:, P, T* W2 l) Z6 B0 J; U7 B
# O, L8 Q1 C# q8 f def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):; \; q) i) c7 o& y( f5 G
global nonce6 v, X$ v2 Z, \1 }0 {
self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图2 h# t2 V; r1 y* _3 E7 ?
nonce += 19 j/ `! F6 G- Z* [! @4 i# L6 J( T
self.feature_name = None
2 y. j) m' R: N$ q2 X self.target_value = None4 O9 t2 C1 {0 O( A+ z
self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签% s4 R- A& ~& T) Q( ~
if not is_leaf:
/ f# ^/ o! c' h( [! k self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名
6 [2 f5 Z+ q) c' H7 N# B1 j4 q else:
, I) p! j; g ?. a, { E self.target_value = content # 叶子节点的标签% {) b) y9 [: W5 l: R' ~# ~
) d& ]8 E+ q v" v1 S) d1 `
self.parent = parent0 v0 c3 P: m/ o4 |7 M
self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值/ C: B) N9 E; x) N B0 |2 G
- |9 w# k0 }% t! X) x# 决策树模型9 t6 ~7 }9 {( H' D# ?/ q) r
class dt_tree:
. p6 w; m; w4 A4 R2 t C: b6 t9 x
def __init__(self):5 ?9 m5 ^# c$ F5 _, p! C& \$ h! \
self.tree = None # 决策树的根节点. h$ h/ ^! v& ]! |4 B: {2 d; ?
self.map_str = """
1 Z' ], h9 v3 x5 e0 m: A$ S/ t digraph demo{
) Z0 _; j; F# J& ]; Y node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
3 b* {" h5 q1 J& A! u9 D8 i edge [fontname="Microsoft YaHei"];2 z, @3 U( J# |3 t* V5 G2 m: f8 E
""" # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构7 e4 |( c) `) P& i8 u, Q8 W
self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值' N5 @. V5 E9 K5 X' Q# j" L- e
; s2 Q4 w% n: C( \& ^$ S # 训练模型, train_set: 训练集' o7 p& i' _7 N( p# y S0 i
def fit(self, train_set):5 N) A* I+ k. a( u# b% s+ q: m1 a9 Q
) R* R$ p! y4 C8 K% G; V* ^% o 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
+ q. O( @( N* v7 Y: n. T return None* F. {. _ z% d0 s( `% f1 ]
( l( l* K2 S' N* I$ L6 Q target_all_same = True
5 A0 T, f, O- o6 e/ E }; Q for i in train_set.target:
/ v/ V8 `6 f9 D H if i != train_set.target[0]:& p; z# I) M8 @6 H0 Y: A
target_all_same = False8 ~5 e5 |2 J# l2 V0 x) c
break8 H0 z/ j! O' }! }
$ I$ i! @. Z2 S% F+ _; b
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
% W/ ~. X, M) G5 |% J+ G node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)( t3 Z7 ?1 M: Z0 C" o
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
8 u3 P0 x1 |0 i$ | self.tree = node1 N' F/ `0 X8 h% q# h
: B" X6 S5 L! V% H) P7 @ # 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
- }! ~8 H1 F2 M, O) j& t- B: [ node_content = "标签:" + str(node.target_value). R0 f6 e9 K8 ?
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
2 [: d- F/ h* J9 @" H9 H+ X& X
/ u, t( X1 o5 k# [8 j5 s( O return node
/ ?* U* H( X s& {% }3 F 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" t" R p6 a/ S$ q* V, S# Q7 G
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4 _. ^3 ]# u+ m, g0 ]4 z* J
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点. @. B, v' f3 n& b" o6 K$ m1 F
self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
/ V7 p7 y I) z7 U& W, m- q8 i self.tree = node' v. O% J, t2 }! _1 I1 P
" T. d% g' k& f" T0 A: m7 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' o3 H+ T# z( {; _. L1 m% l5 Y) k
node_content = "标签:" + str(node.target_value)
4 \2 ?: {3 S* H7 S self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"0 `6 R) D% E5 Y% ^, V
" B* v; h# [! U5 l9 X/ q3 G return node
/ `" x9 R* ^" U; O5 U' A/ @ else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点, o& n9 t/ F( v- P& e; B5 L
best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值3 S4 j' H9 M. S5 Q
best_feature_index = -1
1 y, U7 w( X+ ?6 Y) a$ [3 q9 p' ` for i in range(len(train_set.feature_names)):
! `7 b0 o$ w- k8 [0 e if train_set.feature_names == best_feature:6 j: A8 Y$ e x% s# Q5 y
best_feature_index = i7 Q5 p2 y$ M/ n
break; I' q, n& o- V8 {
A) |% E( n0 A* X, L9 j$ t node = dt_node(best_feature)
2 P1 k( J+ a- o5 l) V9 \0 V node.vote_most = vote_most(train_set)" ^% Z" q, \2 A' M
if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
7 N$ K/ f' \7 `" V7 [, H: ? self.tree = node0 q& h% [0 |6 a W G, [
# 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
1 x# N. k, g$ s2 N; i, I$ M for i in range(len(train_set.target)):$ m+ G( {4 b/ {. [, I0 B8 C4 \
if train_set.target not in self.color_dir:+ m3 k, }1 I k2 X% [# M2 j! r
global color_i
" K+ A" l6 n1 K2 X6 P self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]9 E! o4 J% ?2 s/ }( `! a
color_i += 1* s- s8 h* [- f0 l4 {% `5 `. v
color_i %= len(color_set)* L, ^ C" t6 u; m, _
" _) [4 h$ g$ c+ d' Q) q feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值, l" ?( ]7 O( A9 o" R
for t in train_set.data:
( Q) g- a, `2 s# a6 }, J if t[best_feature_index] not in feature_range:
: Z- T, Q- u+ E* Q& D& E1 O feature_range.append(t[best_feature_index])
; K: _+ |( M$ \# j/ X: \5 m4 \* a. @& y5 ^, I U8 v5 ]
# 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点
) N- Y1 ]: o7 I x) P0 @( D9 c node_content = "属性:" + node.feature_name3 C1 k: C! X& I* i
self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
! w- o# m! b: x- m
) t) ^! I; c- R3 t; j5 {: f for feature_value in feature_range:
$ s x0 ~( \7 x subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value) # 获取每一个子集. @, ^" t$ K8 `5 Q, i
node.child[feature_value] = self.fit(subset) # 递归调用 fit 函数生成子节点8 _+ U( S7 T0 q- [- @
if node.child[feature_value] == None:
) S6 R6 h* ?' Z+ m # 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. Y1 w. F) `0 E: h9 e. [
node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)* m8 v3 e, Y- P4 j* H7 j% [
node.child[feature_value].parent = node
6 T1 J7 C4 S M6 O' m, V, U: Z4 {
, _9 D1 z1 W9 r; x # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
5 X% n/ d; [, U" Q! r4 p self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"9 P6 R+ }+ u/ C `
& n: N0 U% I6 T; s; ~, Q P& I9 h: r
# print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)
, ^3 u( O' y5 B' l% a0 A* B/ ?) |1 H # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
7 U2 G- C% }# w& ]3 I # for feature_value in feature_range:
! n& f3 ~& k$ \& M # print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
# ~* J) j" I" g: U1 r; @ return node
" v0 e6 @2 p# L( w% H
A; y+ P* w2 @' C. p # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
7 S' Q, P8 O0 m def predict(self, test_set):
8 }; x% q/ g, M I test_result = []
# c) V$ l. E- l" }8 R for test in test_set.data:6 A0 [8 u" ?- l+ e) H! b d0 v% {
node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点8 t! m) |8 D/ P2 t) P5 h# `
while node.target_value == None:. ?5 H4 D) Q* R$ r8 Z
feature_name_index = -1
! q+ t' e* U2 v" _ for i in range(len(test_set.feature_names)):
+ a8 f: l) u: @9 ^ if test_set.feature_names == node.feature_name:( \" ]- X' g) Z0 o- Y4 l
feature_name_index = i( t: i" E9 n* |- C5 e8 e. o, v) ]
break$ l; }9 O. l6 Q0 h( j' j2 c" b n3 v/ T
if test[feature_name_index] not in node.child.keys():1 f) H: g6 u! N* I/ p
break" X/ o p B% y- Q
else:' s" {$ K6 q+ ^+ b
node = node.child[test[feature_name_index]]/ |7 ]' Q7 o {! B( z& C' Y
, R7 m' s R+ b if node.target_value == None:' w1 E" c! T- e
test_result.append(node.vote_most)
, ^) \ J* m9 d8 N) r 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7 {4 w C( r2 H, q! P
test_result.append(node.target_value)
4 O/ U5 [! q2 D) p
7 t, R' k5 V% p3 G* P return test_result4 g; e& N1 b2 a( B7 ?. [( }
0 d& N( ~7 ~$ E4 E # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
0 v: V$ f& d' c# C- J def show_tree(self, path="demo.png"):7 n1 n1 x6 E/ w* h6 k* u' A( d# D" V
map = self.map_str + "}"" H# q9 U) H- J7 X! a
print(map)
' @- M8 c* ]+ e graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
5 p" Z( a9 d% ^4 f# V+ P; B graph.write_png(path)7 G7 t3 j9 u! Z1 Y4 \8 ~+ {; O
4 J: B# p3 l: f4 j; c, s* S# 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0 X: X! K9 [' N4 j
def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):- ]" S5 l: r; }1 {7 C1 Y
c = dataset' n& ?. x" e3 K* L8 \6 {( n
r = range(5, len(c.data) - 1, interval)- k& D& G" g, P+ D- ]9 ]
rates = []
8 j1 |! `) I: h4 c# }! ]# B( d) u for train_num in r:, D$ a% F" s u0 e
print(train_num)! Y( s' r5 Q4 H/ h2 ~
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
$ W4 r) Y+ g( s1 u; H2 R test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
# K, \ y5 R4 l- z4 |$ N dt = dt_tree()
& Y+ p" r- h& ? j1 H9 S y dt.fit(train_set)1 B- O3 x" _, \$ K9 m
rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))' d8 e2 ~* S' V" ~: S$ \- f1 B
0 f% D5 A" H4 [! g, x. K6 b" M
print(rates)( i# |& W6 I6 p3 q8 _1 F) r! L( c
plt.plot(r, rates): Y9 e/ f* I2 R( r5 F
plt.ylabel(label)
: M; k) d% R, n3 O9 e% y4 C0 } plt.show()1 R, J8 v+ ]6 D; W" N# j$ `
3 I4 ~) K/ q7 Oif __name__ == '__main__':
, }7 f3 y8 g2 v
% u8 Q6 b& m/ F, h* y$ m c = load_car() # 载入汽车数据集0 o$ I x) G4 }4 }1 S8 p- I
# c = load_mushroom() # 载入蘑菇数据集$ V& L$ L* x7 A3 u+ D2 R" _( v' F
train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集); t2 @" ]2 m3 @3 ]
train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
5 J7 ]) N5 m9 h* G- V7 L$ y3 d' ~ test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
* H8 B' n' P2 b: `
- _* E: z- |+ v9 f' f/ B$ v5 _" L dt = dt_tree() # 初始化决策树模型
5 L1 N) P2 v8 S" ?6 N* e dt.fit(train_set) # 训练6 o$ x% A1 u+ f: f% e
dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片7 T" D S! I4 r Y) k; `$ U# C* g
print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
$ y* _! g- `7 m
8 j: Y q1 i4 f- w r" T3 M r # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")
8 k z; i# e+ ~; a+ W # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
7 l a4 K, e6 P5 b- n0 E
& D; I8 K; O: Y1 S
' l, z4 I& I8 G+ R& H- { K7 z5 B2 R2 |) ~8 H( I5 |" }, b4 N
17 v/ K0 D/ {4 j/ B/ m4 o
2
3 h) P7 }& r- l* V; O, j3
2 S- k* l4 v* [! L" R5 R4
& \ {. k" ^5 f# [8 Q& |! [5 f57 G/ L( p/ J& S- t5 p! r+ g, b
6
# t- p6 J M! }5 g3 R7! d2 P* F& o1 o+ B
8! D. X' _2 U: z8 j2 Z8 a
95 ?2 V* c$ b/ k
10
1 {9 k$ K J2 A! u e" y5 y* j11& J% x' u/ \! d
12( N% @& x( d8 l T
13
" d d7 K" l6 r14
/ w) u4 K/ \' ?! V2 s, |0 {15
3 d! p. s- {# i) ]16
* h! \# t# I2 K6 a5 r' a- t7 H+ I( [17
$ ~1 L9 }3 D( {4 Q8 A7 @) D9 l18, F4 r) o0 J- t9 h! S* p
19
" ~5 Z# i% h+ m7 j) |5 m20" V7 @; u P8 M
21
0 d6 F( k2 K- g224 y* [1 V5 i6 O0 q8 c+ S/ G
23
9 J' k. c' W. \* b% \, S0 r24
- u& F2 V( C# [0 B: C25/ V3 J" l; D5 ]" [
26
- [ X+ G; s* ~" S/ q q( }27$ \2 T, @) R' W9 f
28, Y" c' o/ U; s
29
3 T0 e0 S: }4 J* r+ U305 F$ |& h. y; P2 Y) [5 V
31
1 v3 | p4 l8 _3 ~323 _" u; m- ?: ?
33
% H) Z; X d3 S8 n34( V+ h5 i/ T x2 u9 \5 O
35
) W; F* v8 k; s9 D3 I# A36& }' t: R: Z4 d. g7 T% X |
37$ A# f! w) q0 G
38
2 h( ^7 N( X; J/ _0 {5 W9 _39
# ^! m! m# ]4 {; |5 H4 t; _40
% o6 W$ a3 M3 f9 h: t0 R$ i41' A( ~% a. G. G7 B- w/ p5 Z, X
42
, j* R; I- z0 h" q; P. e" J43
- Z- P0 M* w5 y44
8 ^3 `* a5 f+ J; f$ [7 v7 Q+ z45
1 a" i. d- _7 j3 E. P46
/ y) ^. g7 p" N3 U7 k1 h$ A* j' U47% n5 w8 ^6 g( X+ q1 u0 ^
48
. n1 C: Z+ m; K+ D: {* p49 j- z" O) N- m
504 T7 A9 }/ k3 \8 i
51
6 p7 x S1 B: h* f7 j52
) w s) x& V. X6 H53
; q& _. k2 L9 F54; f: f1 i, u% J/ @
55" n% z' `6 u" V) S) G
56
9 F' B6 p( s% K. m% Q3 a+ f57! z( F- ?9 \+ g" i8 q
588 x+ H% N) B- b M* y0 Y5 a
59& C. [$ t1 d! {# l
60" U+ O, H! H3 Z. ]
61
; U% h7 m- {3 u e& o7 }628 m$ n6 S: B. n
63/ ~: M* d$ m* r. Y
64) w! j; J( T& f" E- @7 ~
658 K6 t+ }* e* x+ L; n
66: ~- R& }! W; o, j% o5 y# F
67
- f; k4 s4 Z, G68+ @% c9 ^. D5 O O) [' m5 I
69: R+ n* u3 P; p
70! K6 K: y8 F6 \$ s$ c u) a: h8 T
71
8 ^) Y3 m4 X$ o; N( X' e725 ~* S& `( X. b. _
73% j* u. S/ f% ]7 h$ @) r9 a
74
9 ]3 J- f9 a8 b F) W& ^( l750 ~# X- x z. x& d! F( Q
76
) \7 }( W; Y( x7 b774 A8 g; f/ ^+ o+ _
78
: `" U( ], X+ Z79
- O8 |$ C- V3 o3 ~80
1 e* {. ?, v1 u' E# T81' r; }" Y, Q' M2 S( o8 m
82
$ v% _4 }' t5 a3 g83; `- F4 i4 d; x0 o: F
849 `* }: m# k. ]0 ]2 q
85
( |& }: Z) M* h: B! s3 ^" }# c86
0 O" Q( Z3 ?4 X0 O! C87+ [+ [4 f! V3 a
88# j3 M. l+ y; X
891 [7 f, v1 o: ?7 E: r
90
4 j) \1 e' J7 v91
$ l0 {% Q8 h; f2 |92+ n0 p* a* g2 L w: ~+ E
93
# B' B! r$ s: P$ ], b94: k) G6 T1 u6 s9 X) I
95
1 D7 t3 X- [9 q( h963 a! v: b/ Y) N: ^7 {. h! U8 R s
97
: b9 ]$ t! `6 X/ Z2 |98" m* p' p7 q3 S: S6 O
998 y# s! w' Z7 u% {3 U/ f
100
, v' U5 @- d# P4 w: [; `7 g0 i1016 u( @" t1 J$ G. O' W8 V
102( x9 z5 Q5 {) o, J
103
- V" @# x& Y8 n3 V5 J* R104
- O3 C& C7 `% h105* V0 s/ v- l+ D7 c3 r6 f5 j, P+ r
106
: R5 ~. b7 f3 E. ^107 X- w# l1 R6 ^( u. P0 c
108
; r4 ~7 S" b3 E# T' [- i109
+ D! l1 ], J* B2 ~! x! P6 k110+ C/ t; U- z- \5 n
111
8 [) O6 t7 r, Z. o& z112' H4 N: m. ]0 {# s' P8 E+ }$ l% H6 }3 H
1136 x- t; V" q2 k4 W6 A
1149 o, _' a) j6 s- A9 u5 |1 I4 _
115
: T0 u5 ]. X1 n3 e) L6 }! I' w116( A* m( Q4 T$ J1 L' G
117
4 @; L+ @6 h7 |3 J: P' G/ P4 w; }118
( [9 T5 K1 |/ @( |& N$ W W2 M3 J119* W8 p# ?: w6 ]1 a) _
120
1 m+ x( ]8 ~2 d$ M- K121- e' B5 Q0 V) g R5 c' I
122/ e9 f# O. z; ~% ?
123" O+ \. u* q `, |/ j6 q X# D* F. `3 ?4 e
124
7 O3 R- l5 e! Q125; b- |% `9 i, U
126; d& Q0 c1 v& {! O
127
& e8 f/ A, y% H3 P3 U128
: X# s( Y2 A( e* s+ Y$ N129( V$ x7 i5 Q8 C4 N% k# s
130: b0 P0 S- j. B, m* o+ M
131
' }9 \) z `, r% x$ d3 ?132/ p0 v# Q! n' V( I- V) ^: F
133) F) X' _ H D7 ?$ j) B. R. D; s1 o
134# R+ g \7 S1 S% T2 z
1353 n6 W! J7 _4 V. _: N$ m9 U& a
136 u) ?5 e2 u/ U- ?5 Q# G
1373 E! s+ x6 e: L J5 I
138
! ^8 l/ ^! u4 F2 [( A139
2 C9 D& B" [2 p8 N; T140
) M" e7 G/ J& w4 p141
9 i; {2 p/ K7 D( B5 r m6 ~142
% k4 W1 O# U: I: ]9 L143
1 l* g; N& Q/ M$ v3 C: v144
' d, w( r9 i. A: F7 C145 j! r6 y2 N0 ]
146
; c0 B; W# L1 D) G+ z* A3 a) U2 {147
: ~( e" `9 E9 m8 M' q( D148
* l& W! `1 j& q/ ^% Y+ e e149
" C" k! S- F; h! S+ n3 z4 I4 c150
/ p0 ` h+ H5 A4 n, u* C151
" Q4 L* W$ I5 k( f152
# \( Y, [" [0 `2 c L1 e( O153
4 Y( O) H6 G% H+ ]+ u1 a/ L, c3 t154
, Y# n2 j8 n. [9 i4 A155
( q& l: h4 V, H1561 v8 x0 X7 r* V8 g8 g0 @
1575 y' |$ L; i. q6 }6 a: k3 c
158
( x" }9 [& o! y: r! }; J6 j159
2 D8 Z- {/ f. _2 O) P4 r, f9 }160
6 l: K) a! w* Y' r. X1619 n$ H# J3 \2 J" Z4 f# \8 j
162
5 O0 U' n" f; |/ `/ e! \163" Y2 U. ]. x, ~; l. k3 i
164
1 ?& X7 T3 s/ K+ N" ?5 c165
$ t$ `7 E0 r7 F/ i7 H0 u$ d1665 A, i, b% M9 s1 P$ d: V
1673 P' S* d# J: t1 z' C
168
+ _: C( a0 _; ^# m- Z) W1695 I3 s% Z Q- E9 @* ]
170
$ m" v' [ M3 i9 ]+ r% w1711 m& H9 d$ F9 _) Y2 k* ^% k8 \$ h
172# ^- ]3 I T0 z5 y! q$ d
173( B# X7 j4 }4 L9 u0 t
174# Q( B! e7 K' q$ c& C q/ j
175! G7 c9 P) x5 W2 ]9 |
1761 G1 M' d3 g4 j6 E
177
- X$ g- e" o+ C4 m$ r& A1784 T& B* H2 f# w
179
# n' n' C* ?% W, q7 s" V180& k" s4 i9 }5 I: S
181
# ~3 r+ Z: V1 Q2 C* r0 N1829 o6 l% z8 `1 ^7 Z) _$ D
183
# b+ D' i' v/ r5 ?) I& k6 c& k184
b6 Z7 O% W! g185( m! ^& H& W# r$ P' a( E+ E
186$ {8 w* m0 ?' J; |% y
187% k3 p4 ?& F$ p' v2 r
188$ T' s( S. U3 i1 d7 @
189# z" z' i t7 P
1908 g3 M8 l: ?' C* Y/ h
191
$ l1 {- K" s5 f4 r' v1925 A0 }4 x$ E: e7 V" \8 W# \# D) v
193
6 Z" t. F( f) }( s. C: |194
1 H# R1 y* j& z, }1957 V6 Q ]3 |0 i) H G
196
' _/ \, }9 Q! \' g197( T* X4 B4 n: i, w2 Y. e: H
198
. `, c- x6 ^9 |+ J, \199# [. t# j. N9 H3 o' N4 F
200
0 i2 w+ f& H8 Y+ B# E) j0 Z# {2019 e0 X3 a2 Q* U. w) ?2 k1 I/ P
202
3 u% \: S7 H/ B$ R2039 v9 `" i+ S- b& N; L. i3 Y; q3 f" k
204$ {% h% E7 ^4 V9 a, v& m& A
205
. V* }4 {( [4 N, G206# t6 M4 o; F1 B
207
" D# x& C# \; T& Z0 v" g5 c# r8 Y208% ^/ l- H. d% `, {% B
209! e m2 L! a9 M
210) r% G9 ^" y; D5 K2 P9 y
2113 L t9 U& J5 u# d0 G$ M
212' B+ ^/ S: {+ I5 r( ^3 V$ Q
213
" u* r# E( V- M7 N# ~214
% i7 X' Y3 j& h6 T215
# u$ t& C Q8 w, w216
" |3 a" F( V+ X9 u217
* ?4 T0 _! P( f* _; ]218
. h" D4 n$ D2 Y; X219- d) A1 r1 l( _# i! d2 S7 y0 [
220
6 g% l7 a5 K; `3 s" w2212 D2 c, `' }# E1 N) P% l) Q; B4 s
222
' e4 k; {! ^- K" y, _2232 E; r; I3 G" }
224
# `* o O# x- ]; s7 G2253 f% A9 Q/ C2 J. k
226
. z) F7 a# C1 [" Y: _5 ~: c& H% X2272 U6 E7 ^+ O9 {( G! y
228) B4 y; p9 Q% i$ L7 P
229: y2 j) U% Y; w! v' L+ @) w$ ?5 ?. Z
230, e+ a1 x) p0 c/ }% ]+ b T1 G
231
7 _4 T& v( |8 l4 ?6 c6 r232
2 s- r: g" X& S( A9 _- Q8 }233
7 n* N" ^! W- g: F7 B, U234
6 b0 q' f3 y2 [0 U235
- R: |! I. g" M {8 T236- k" q; O" i% ]( f
237
+ Q" q @( p' z3 e7 l4 h238
' m! @9 q) o8 D ?; c9 U7 N7 C, K2390 t- ?. i; I" F; O) L+ X
240$ J! @9 H8 w6 W( j
241
4 D* b; } E0 l' q242, @7 h* N! L J6 K! Z' F
243
2 W& C( G7 r# Y. p! o0 ]244. v4 \: k% J/ @' _8 y) |
245/ @( u W" W! U0 q. ~' K) a
246& y1 g) a; ~. a
2473 r3 x4 @3 k9 V: n1 L1 u
248; C$ ~: ~& Q& U
2491 g! s' i% u4 N! _* }/ o0 n/ y
250
2 J$ M7 y" z" L) C. h251/ Z! `& S# f" [* d
252
. J! \* @ \% n) e4 v$ S: ?253
. l3 X# ^( a4 K L' ^ \254& D, u/ F8 ]9 a) h1 o
255" n: u9 I0 l; q5 m
256+ h+ e, `3 o i( D1 ]# ?
257
) f/ ?3 k# A8 j# _* ~, r$ `. _258
) b% n1 v, A2 d8 a6 `4 [0 L% _259% ~3 I# N) P. `/ ?, e
260
7 z# f& v, [/ p& V) D/ [261
, b/ L/ x0 l( ~5 I262
% Q9 z) ~7 ?/ E9 O% X263
w8 z H% S, {$ \# E7 t264- g7 ]% _- r# y
265
7 R4 ~, I1 f4 N/ a) H9 Q266, j5 c& ?/ p E' ?1 U8 A) ^! p8 l, L
267
7 n) ~# g% Q0 L7 A268$ }& b0 q. ^% ^+ S; G4 f
269# C" a) G2 W7 K$ r. x8 _
270
( ^2 V. H1 A- ?- n: _271
2 U/ A0 |: a5 d$ Y: ]5 g H3 V7 ?272
4 g- U* c& v: U- U1 R- d273
# M1 H3 m( E9 G7 A* B7 M+ V274; r" A! W& c0 d3 R
275
9 J6 Q7 r8 P2 m* I- t4 `5 q276# m& I6 D+ C9 m6 u" [
2771 _5 c- K. x' F. ~ o0 J* P
278
, j4 K3 G5 S. F }279; l" F- ?% V2 E- r) ~. p( E1 W1 V
280
; V1 y8 z- A! e( Q! a: d5 i2818 u. h/ Q7 m B8 a% E9 B6 |
282
: [$ v, d& h( }: _* X2839 S( ]) h; J. L/ R( z. `* L6 {
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