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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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    2021-8-11 17:59
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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

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    自我介绍
    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

    群组2018美赛大象算法课程

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    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
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    基于Python实现的决策树模型
    : t2 U/ p" v' U) k" a: }7 F: i1 g6 v
    决策树模型* N) ~5 E& g) R  G3 y
    目录4 i/ l$ w5 U: O
    人工智能第五次实验报告 1& p# S0 b& Z) F0 d9 p8 w5 l: i5 z
    决策树模型 1! Y( P/ A1 m% H% ~/ K! q& x
    一 、问题背景 1
    1 j0 k9 ?0 m% j' W, K0 B1.1 监督学习简介 1" b2 V" h  L7 F0 D+ `4 i, r3 J
    1.2 决策树简介 1
    - q$ M9 w' o/ z/ _, A- T1 S% J3 o二 、程序说明 3
    7 r6 t/ E3 I6 r/ t7 C2.1 数据载入 39 L. m6 M. V, p. h
    2.2 功能函数 3
    3 x7 a" C# s% G. W4 {' O2.3 决策树模型 4$ ]7 h8 G( b  p' F0 R3 p* I# u
    三 、程序测试 5
    , X7 n- o# q& u& m4 n) l' w& Q3.1 数据集说明 5# @9 S: C: q$ l8 r. }7 K+ t
    3.2 决策树生成和测试 6
    $ U9 j6 W. Y5 O9 |3.3 学习曲线评估算法精度 7
    7 [% C9 L0 H+ p9 \5 y# Z四 、实验总结 8
    & f6 J. i+ y. h& P# r; M附 录 - 程序代码 8/ H4 n  Q" p/ d1 O9 K
    一 、问题背景. P. O5 r, @1 H' n7 f* [
    1.1监督学习简介* O, O$ Q- i% p0 P1 d
    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。- P9 n2 ^5 ~' E' 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。( e3 p* [+ S" v: L% `9 c
    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。
      s1 a  h+ f) Q. i( J$ k* L0 W' Z1.2决策树简介: N: E+ a% o8 f7 m2 V
    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。: L% M% O0 g7 S5 f- O
    决策树的组成
    8 X9 X+ K2 {9 }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。
    + L0 F0 e* e: s3 g- S% F
    5 X1 W& V! K$ I7 nimport numpy as np
    + O# g+ s7 G+ f# bfrom matplotlib import pyplot as plt" F* r' s" z. ~3 {
    from math import log! }" w# m0 X- o" Z' v  ?3 o# g
    import pandas as pd% \( t# r& W% {+ h" g4 P
    import pydotplus as pdp6 d, E  A2 S0 q. E
    $ b1 I, B, x- w* l" H
    """
    1 ~$ P2 E( y6 e19335286 郑有为/ g8 A& j5 c, r+ \
    人工智能作业 - 实现ID3决策树0 `& y) z, n& D4 u6 K# h
    """% f( r7 t2 N3 Z) d+ x4 c
    2 W$ l$ S$ D0 G. v7 e, }
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    " r+ s1 W! E9 N, M4 D- Ecolor_i = 0% C+ w( R) t. ~* D
    # 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
    " H: `" G2 _! q0 @# scolor_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    ' o0 h+ R* ^; v+ m2 b# X* y/ `2 S# y- O* G& c* q! ~
    # 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    : D. W9 e# _' t+ t( q' Z6 b2 Wclass load_car:
    , f' V7 v5 w1 Q5 O    # 在表格中,最后一列是分类结果
    / g" C6 L) S* e! }    # feature_names: 属性名列表4 W# x5 K% _0 E. R
        # target_names: 标签(分类)名: P- a) e+ g+ y0 h* {& W
        # 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0 d+ @4 R2 d: g1 I
        # target: 目标分类值列表1 `. l$ K" t9 {1 V
        def __init__(self):+ \" E5 y0 R8 K
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    7 m. u8 T( @1 l# U3 [        labels = df.columns.values5 m/ ^+ `! {+ n+ ]
            data_array = np.array(df[1:])0 j! U' k6 }! ~/ {. U- A5 R
            self.feature_names = labels[0:-1]" {0 z  z7 A, P* \0 ^3 S) M
            self.target_names = labels[-1]7 P/ }8 I- }2 P% k" L0 i0 e: f/ \+ A& x
            self.data = data_array[0:,0:-1]
      M; j! d& e; U  i# [) ?        self.target = data_array[0:,-1], V) g/ ]  d  ~* l4 e! m
    " c. |5 ~+ m  {/ O. x2 g
    # 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒  @8 `, t# t' g  Z$ A" U9 j7 r
    class load_mushroom:4 c8 a& R& A4 u* s4 c6 J( V
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.
    1 ]; s! _4 \4 G' c    # feature_names: 属性名列表
    5 L/ X/ n8 ]% [$ i2 ^    # target_names: 标签(分类)名9 S8 Q7 a6 L- 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/ S. p: s1 v2 c" M
        # target: 目标分类值列表0 a' S9 O" c! m1 L
        def __init__(self):
    ' k8 F9 S/ |6 u$ N& u        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data')$ y$ l8 m% s4 Y
            data_array = np.array(df)9 m) F) w" r2 |- A' J0 p8 P
            labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",* I' y  f- D% X5 r1 P
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",
    2 K4 z9 v6 F% ]# I                  "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",
    3 H% q' {) X, |' O7 G                  "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    / o# p$ r. N4 o! x% L        self.feature_names = labels[1:]
    6 {* ]- t; a. q' `        self.target_names = labels[0]: m8 a/ G- H5 ^' }7 f9 I7 t( {
            self.data = data_array[0:,1:]
    2 Y! w# y+ Q$ W% e7 K4 V        self.target = data_array[0:,0]
    6 g  M, x$ |  @0 B. X2 g- R- l; ~3 u/ t) x# a* L9 z
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用) }% q& F9 J! X, L4 u  x6 p
    class new_dataset:
    2 G. V/ ]  ~- X    # feature_names: 属性名列表
    . w, E, H5 n% d$ U& d# c, W    # target_names: 标签(分类)名# _7 k& k2 i& o+ 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. _0 Y- r- E# k7 s
        # target: 目标分类值列表7 n& _0 M( Y6 A; i1 T1 j
        def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    2 P; o) |7 ~/ }7 N- w+ _        self.feature_names = f_n# ]0 M- I5 I# {6 o  R
            self.target_names = t_n
    ( C9 l0 d) Y4 K  y& M' s8 H, q        self.data = d
    ! r( `) s) y7 S        self.target = t: m/ |" T  }$ D! @4 W

    ; [9 x6 ?0 V- D( W. @2 d4 W& L# 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$6 C/ G9 Y# f& ]2 c8 j
    #        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率
    ' @* i( U0 Z& B9 c1 I5 L1 \# target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    2 u9 e/ u2 g( v5 j4 edef get_h(target):
    3 y% n5 g, }# [4 h    target_count = {}3 X/ {, W& D: S! J& l+ q1 R/ o& N& A
        for i in range(len(target)):, j. T" @4 B! n2 s
            label = target0 x& Q, J1 K* i( z; i0 c
            if label not in target_count.keys():% J( _8 |1 t* Q. j+ y" N
                target_count[label] = 1.05 W  n4 m; \( [/ N5 X' B
            else:2 l* N1 ~! V  r# p3 f/ e4 ~+ ^
                target_count[label] += 1.0
    8 p' Y. q9 |% E/ |/ R    h = 0.0# K/ y0 ?  J" B# T2 i
        for k in target_count:+ b1 e! D! i: d$ f: Q# h+ f5 a2 ]
            p = target_count[k] / len(target)
    . G( }. _7 a4 Z1 F4 Y2 E' o        h -= p * log(p, 2)) @8 I, B7 c# v0 C; M( a
        return h
    2 h/ k+ K. `- I
    * z  h  N, l( K" r1 x% K# 取数据子集, 选择条件是原数据集中的属性 feature_name 值是否等于 feature_value" T; f* O" U0 _. u
    # 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列8 u& r0 y- v0 m, k: S1 \, ?6 d$ H
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    . V" v+ p  c" G2 L9 ^$ b. o    sub_data = []4 }5 B+ G; [5 Z' O8 `& [# c# |# i# e; t
        sub_target = []. S; `" Z- p$ u6 y  \
        f_index = -1: F* A% P" y) I3 F
        for i in range(len(dataset.feature_names)):
    : j; H$ [7 o! a9 s        if dataset.feature_names == feature_name:
    $ E* q0 u# l7 U0 O/ b- M& K            f_index = i
    9 n% `& r# R, M3 p( f1 r5 j            break8 V  Q6 V2 ~& L6 ~+ P
    : w' W, f: A$ Z9 [* S+ o
        for i in range(len(dataset.data)):% u$ N; `: n! B& @+ X# {
            if dataset.data[f_index] == feature_value:& v3 q5 `+ c+ ^
                l = list(dataset.data[:f_index])4 u/ G* ]$ \# v  V* D6 f
                l.extend(dataset.data[f_index+1:])  H) |1 u% ]; E1 r% M( t
                sub_data.append(l)$ \) D& j9 `8 r$ v
                sub_target.append(dataset.target)
    9 R+ O& Q4 @0 b/ ]! k& K3 y2 I& w$ e, [/ O' R0 w9 e2 |
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    . {$ {3 U0 a2 @8 X1 J    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])% V" N$ U5 j9 b
        return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)  v. }  E$ V, u% E
    6 T& w& Q, g6 f5 V$ K5 F- R5 W
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    1 r" @0 e9 \6 q% z' q( w# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    ' y: x: D5 Z" S, x# M( l7 L# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$4 H1 ~  \; p$ r& N
    def best_spilt(dataset):& c9 J/ Y$ S; o$ L) y% f/ g4 r

    + q& k1 G+ t! H' o) }    base_h = get_h(dataset.target)
    ) ]6 ~) @! e3 h2 y. ^* C5 X    best_gain = 0.00 v! b" b' G7 w0 D) t$ W
        best_feature = None/ o! `6 s4 t& F/ Y
        for i in range(len(dataset.feature_names)):  I% }4 K0 _" B. L9 Q
            feature_range = []6 n2 [! j+ Z7 V
            for j in range(len(dataset.data)):( Z* d% F' w' r/ r6 X) ]% m
                if dataset.data[j] not in feature_range:
    9 m3 j+ h- Y! f& W+ W, B: [  B                feature_range.append(dataset.data[j])
    $ c4 }! l" M" C+ z, Z: }
    1 A! x9 u  Z" E; E/ [7 A        spilt_h = 0.0
    * p: x8 Y. s6 D( [        for feature_value in feature_range:
    2 K6 g: v$ }0 g% I            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    ) ]1 X. w6 B3 i$ J7 q9 M7 H            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)6 i' A8 z# f+ x2 b" _; f
    3 X0 l+ m- q+ ]8 `- f
            if best_gain <= base_h - spilt_h:5 Y& k5 j6 t4 W4 r2 x, _
                best_gain = base_h - spilt_h) x" g; n6 K) c& e" }% z$ L; r7 t
                best_feature = dataset.feature_names: f. W. g- s* a
    5 m1 K; {5 w7 \7 U0 f9 _
        return best_feature$ I. H" E7 j; u0 Q
    2 u* f; M, V3 A0 F
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签; M# A0 c& P6 C2 J& u1 V: k7 b
    def vote_most(dataset):
    ( w2 A  {4 o- m. C; g    target_range = {}  U# d% a0 J' a  e
        best_target = None! J9 j9 r; s- ]. N8 l& C: [" T1 B- V
        best_vote = 0
    + N' x, }* c! L3 P/ X  b* Q3 x9 I& g& s! F9 m/ t& i! o) b  a
        for t in dataset.target:
    3 F# i5 U, U4 f. W: W. ?        if t not in target_range.keys():
    * g  J. `! @8 v, \; D( a            target_range[t] = 1
    ' z- q/ `. y" U  t" n( n" j        else:% }& D  k" H& M2 V& I1 }$ k8 v
                target_range[t] += 1
    # \/ M& `  s  W7 N. o" K* @" U( V+ z6 Q1 R" d# S! \/ ]- m% _
        for t in target_range.keys():+ q' d" g- k/ v2 p* z/ s
            if target_range[t] > best_vote:$ ?4 q. A6 A1 }4 j1 T0 V8 S
                best_vote = target_range[t]
    / l2 g2 c+ e3 ]% n            best_target = t
    ; Y5 h7 T" Z+ \' s7 q0 r& s1 `* L$ q' [) j# }: w2 o
        return best_target
    $ y1 X& @( N( _$ \/ `0 }7 h# u) F; s7 U4 N* L, H) `, E
    # 返回测试的正确率% |; ?2 K; ]: N* R9 W
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表2 W* L0 d( Q2 D5 L7 o9 O
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):2 p0 z* x, g5 Q  l$ y6 k- k
        # print("Predict Result: ", predict_result)0 v* C3 z" s7 _- C
        # print("Target Result:  ", target_result)
    " S7 c" N7 y2 Q6 Q7 V3 `    accuracy_score = 0( U/ d! K  ?. d( i/ O( N/ l  H
        for i in range(len(predict_result)):+ n  f2 q( B& F/ `% M) c
            if predict_result == target_result:
    ) K9 q+ X4 ^4 V" Q& T; A            accuracy_score += 1
    9 g* y4 l  \: F+ h; x    return accuracy_score / len(predict_result)
    ' I6 K3 r+ A  R  E- `
    * W* i/ }) F0 J1 d9 n. I4 ]# 决策树的节点结构" A- ]( k9 F' O, Y8 g2 R: @
    class dt_node:  t5 ]1 O' C" S* d
    & v( [+ h1 R8 \" W& _
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):
    0 Z5 \0 Y0 Y1 i4 w( f3 I+ q' q        global nonce/ Z2 O5 A- b  ^6 E( @! `3 Z
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图8 g' n6 Q# u* @6 j3 _
            nonce += 13 K5 k; a5 ?# g' y& K" n% e. D
            self.feature_name = None5 P# ^1 b% f4 _6 f. Y& z7 S. {! ~
            self.target_value = None8 F9 N$ S# u9 D6 f+ v4 Y
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签9 B% R# A- B8 `
            if not is_leaf:
    , }1 H  @# Z( }5 A# `( b. I% N            self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名3 k+ e( P  `$ r, T: _3 ~
            else:* _+ Y  t+ L9 Q7 j$ J
                self.target_value = content # 叶子节点的标签
    / u9 d: y  D8 X) `3 d
    * ?9 M) o9 Q$ I4 W2 W6 v- x* c- T( g        self.parent = parent
    / j6 S- ]8 o9 T- i1 S7 ]        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值/ x4 u. f6 z* }! t/ u) N6 w

    4 Q% s0 ]  T6 @! i  I$ I! ^4 t# 决策树模型
    ) |+ g* c3 A6 i" H4 J) T, Mclass dt_tree:. `& R* e# d2 q$ K2 x
    8 s7 @% P, ~: A7 ]& `7 `, C
        def __init__(self):: p8 R! v% @* u2 I
            self.tree = None # 决策树的根节点* R, _; M. m& d+ N9 W! b, C
            self.map_str = """
    4 M; Y2 `( {# w* j8 L            digraph demo{. r5 d2 B3 X& e
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];( ~+ P+ Y. X/ I* }8 s7 r% E  J
                edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    ( [# `! W( Q0 ^, O$ i            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
    + b. i* x& h' N* F        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值  h; A, T% A# o* j* g

    % u( q$ Q# _( `# U. ]    # 训练模型, train_set: 训练集& a' }9 X1 H( V+ w- {, E
        def fit(self, train_set):3 q* |7 z4 E( w  A
    6 u& r7 F2 O6 {+ z3 ~; i
            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
    5 I7 |; ?4 E7 A+ E, w            return None( R" e1 U8 I- V0 m7 k

    6 E. E  e2 E8 t) v6 w1 @        target_all_same = True$ c6 v& p1 X6 G( ?9 q0 l  p4 }8 Y- Q
            for i in train_set.target:
    ; f& E2 h+ C' T# K6 X* S            if i != train_set.target[0]:
    7 k" U  t  u$ ^, x' k                target_all_same = False" H7 \+ S2 ?& P, K9 w
                    break, D& |2 N. D+ l# z0 `7 x$ D
    1 x- m$ [5 D( A7 t; O1 y
            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6 O& ~9 y6 T. c/ K7 H" y' }
                node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)' z2 R! b. t2 t! U: l
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    3 j. N. h# r0 k+ q8 M% |- u                self.tree = node
    ! f9 I8 V+ a" `' D& b/ Z1 x+ r* p( D5 J- t- M
                # 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
    ) t6 q% D2 L4 C6 ~6 f; g            node_content = "标签:" + str(node.target_value)# F) w, o  W4 m$ T
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"7 D1 I6 e* }# W  j5 }

    0 r- B+ u% K# G; x            return node, j/ h. Y3 w6 `# I1 ?/ t
            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9 n- g. j2 p2 @  H7 ^) M3 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! J, ]7 D0 q3 V9 a3 u9 M3 Y# ]$ W7 H
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点
    8 [+ E9 M0 ~3 m( E                self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]# {; p5 d: G9 k; ^
                    self.tree = node- i. B! d  A' w7 e1 Z
    ! ^1 x. |0 ~# t+ l3 A% P8 r/ n4 I; 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
    3 l* c$ j3 \! l' \9 N            node_content = "标签:" + str(node.target_value)& z. K4 M2 m# F
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"7 o& f4 w% f3 G! v+ K2 P
    8 ~3 q1 x: `0 F& K1 j/ T8 [, v
                return node
    ' ]1 c0 t8 D. f- ]        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点8 I; }- A6 Y6 p, ?# R/ r) Y3 b* ^
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值
    8 b# @& u) R% z1 c, x            best_feature_index = -1
    6 z" E, J! d2 i7 y+ }            for i in range(len(train_set.feature_names)):1 h; J; R0 {9 c
                    if train_set.feature_names == best_feature:
    8 E$ M- O3 f/ o* P/ z# h1 C                    best_feature_index = i
    5 g$ m; x  ~5 b6 [" g. x/ S                    break
    , M: ~) e# _- k3 R& K8 _6 j2 J% N: Y5 P3 n* M; M
                node = dt_node(best_feature)
    / x; e+ l0 D" T% o  j3 N            node.vote_most = vote_most(train_set)( H7 Q: {: a& ^7 p3 x
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点! g: \% h+ Y% S" N) G
                    self.tree = node2 Z# A9 u9 j. c' Z
                    # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色8 l8 C+ S3 g0 @9 {  w% j' T
                    for i in range(len(train_set.target)):
    6 V* N& A8 M6 }3 C7 J4 P% L5 I                    if train_set.target not in self.color_dir:
    8 W4 _# i4 B' {$ R) u4 @' ^                        global color_i
    + @7 o& ^' ]7 s' Z( a8 B; F' m                        self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]) v9 [$ ?8 t* O& Z& X5 d+ e/ S4 o
                            color_i += 1
    4 l5 d) m" u5 p- A/ x                        color_i %= len(color_set)
    - k- l1 o: \- m" m, Y8 y, H& f0 m' T/ p
                feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值8 d0 m' I' M. v
                for t in train_set.data:
    / x& _; g# U% H4 K) c                if t[best_feature_index] not in feature_range:* I7 N: w* q0 a, |& L0 ^# }% W# j* `
                        feature_range.append(t[best_feature_index]): @. c6 W. }: O1 g: J& C
    , ]2 u' p4 c3 u, B
                # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点4 Q# ^: e( l* }5 j- u
                node_content = "属性:" + node.feature_name: m1 R4 m2 K4 W# h
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n": Q( W  Z; K' K1 |: k: Y* V
    , q* j3 Q0 [# ^3 V: Q
                for feature_value in feature_range:
    ' a* n' L( V0 j: T0 F6 I                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    3 s+ i1 \/ ?: c* J1 D6 X8 O                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点
    8 K' k& x; j& A: @- P# G                if node.child[feature_value] == None:" \6 u( n1 @; o0 {6 K; p  p. ^
                        # 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
    ( z: G) G, D# ]6 g                    node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
    # I2 \, G! d/ y4 |% t. T                node.child[feature_value].parent = node
    ) [. `6 p5 B( i  `& ~4 U/ y; y1 a/ S9 R
                    # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线7 h$ N( @# `: W5 k
                    self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"% |1 Y8 @2 P, C5 T
    : n" [- G  O5 n
                # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)2 M; X, j: e( p8 e/ ]; s; i
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)
    ) h$ ?9 m- }0 S5 b' H            # for feature_value in feature_range:; H2 I* q& _, s: X2 X% @
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)# w8 V, Y+ o3 c3 c
                return node* U6 c5 H$ d; N# F
    - R! M- I* A+ \
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测+ S% \, h- f+ b1 |
        def predict(self, test_set):0 i2 F6 t3 M5 f
            test_result = []
    ) W* ?, d* G3 {8 @% o. n; G+ z        for test in test_set.data:0 G: U1 C# i9 C( F# }$ C9 Q4 E
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点5 n0 ?$ w" N0 S; O7 D9 V
                while node.target_value == None:" V0 l+ z8 W; G7 t4 ?% ?% E- D# j
                    feature_name_index = -1
    + O) T1 I* v, U0 R! u8 i                for i in range(len(test_set.feature_names)):
    : i2 g$ V% r$ P0 ]1 Q                    if test_set.feature_names == node.feature_name:, h' l7 }' d2 x. f' g* U
                            feature_name_index = i7 q+ j: u$ [/ y- Z2 K1 f
                            break
    / n; r5 `3 H- E1 P/ N                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():. T  e) b. i5 y  U5 |4 F
                        break4 z6 w3 \# {- e8 z
                    else:
    - d( P+ T7 ]6 a' `8 J                    node = node.child[test[feature_name_index]]3 q# t' n$ d" V- o* D3 K8 m

    , ^  j: \! g9 U, B5 @4 e            if node.target_value == None:8 K& }* ?: ^$ y  s; F, }
                    test_result.append(node.vote_most)
    3 q; b  d7 B3 q9 F/ N% x2 D8 Y            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; B# u& |: m& T: [% M
                    test_result.append(node.target_value)4 S) |% x3 C4 G; \# U
    ) N! \. l; X& J$ z6 P3 \) Y5 P
            return test_result
    ( t2 w' M2 G7 w
    6 v9 T- e7 C% F2 t    # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    1 l. X5 r  c* i! A' E4 p/ T- ?    def show_tree(self, path="demo.png"):
    8 v7 S2 F( }$ |        map = self.map_str + "}"6 c& c: q7 m+ Q2 n2 @
            print(map)# h0 z! l) A, Y$ e3 d  N7 r
            graph = pdp.graph_from_dot_data(map)
    . A1 g* T# E, X. }0 s' K0 w        graph.write_png(path)
    5 p' o# I, p: i# {7 _0 i2 j# u' @9 W- M
    # 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+ f4 Z% C  F3 j4 G$ Q- P' ]  }
    def incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):" g" j* S# Z$ y% [
        c = dataset
    : z  A. C, W5 ]; U" {! M    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)( b1 o* t/ K) i% b' I6 c, j  O6 R  x" U
        rates = []
    9 A& d' m! m3 o7 y4 z2 `2 A    for train_num in r:
    7 t7 O9 u# l1 w0 X1 p7 r, x" L( u. ?4 B: ?        print(train_num)
    ' j9 H$ u* s' ?        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    4 v. y9 S$ W' Y! Q$ f3 u1 D3 Q        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    8 [! |2 x7 @/ \3 y; \* m        dt = dt_tree()
    0 G8 g3 y4 t! v; a" j        dt.fit(train_set)
    % }) J% f) A& a- S# C        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))
    5 _6 k0 x% ^+ o; M% p- k8 c( ?  y, q+ B7 y9 C' M3 q& f
        print(rates)2 k2 c* l6 {$ X% ?# a
        plt.plot(r, rates)5 w7 o8 d4 K: @8 x" R
        plt.ylabel(label)
    9 J1 C/ [( p! e  f    plt.show()
    6 J- v) ]8 [  M! W6 s; v+ {5 Z" |+ _( H' `6 R
    if __name__ == '__main__':4 j) c3 r1 k- Z- Q1 e
    0 U) \0 V" H+ ^* K# P: J
        c = load_car()  # 载入汽车数据集
    1 ]1 J! A( W0 K! H. N  ^: G    # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    ; m" i; l7 I8 }( K8 ^/ `    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)% b! {3 H4 E; E# M. O( v
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])( f% X& A1 _9 ^7 o) p8 y
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])+ |$ h* Q5 {) T. N

    . B  U  S4 B/ `    dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型3 O( j. d6 W0 n7 d" W/ p) u
        dt.fit(train_set)  # 训练
    8 _- \" g4 q$ Z/ o; h    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片. }$ P) O# @( N- [% e; N
        print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧
    ' ~1 ?( V7 K9 V- Q4 Z1 e, y' H
    3 H  M$ f. c6 Z. l8 O    # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")9 c$ ~% N. d4 X& v4 c2 `0 c3 b
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20)
    % d6 t% c: ?9 w
    , s- C0 q% E6 q& i- B0 h# v; [  a3 t" v+ C1 a4 L6 \

    * b" c5 S( j! w4 R4 b/ D) F1* Q, j) q! s1 S9 a. j
    2
    0 y$ b) @! |- M( U" f; A# U" B/ o6 \5 m3/ Q. D! j# q; l" S$ z
    4
    2 Z+ J3 x5 j$ `& g9 l  F0 v7 g5
    ; T; f( S$ i+ d" o# {6
    / {, T* H  f5 Q8 Z* H7
    2 W& U' [) c) Z- ^) [8
    4 t5 I3 v, F5 @* o91 f: ^4 E# l: {2 n5 O2 q" ~
    103 n# A) [3 a) Y/ p/ X/ z
    11' }0 z" S2 L1 b" u$ l* l& _
    12" i+ K$ U0 A+ Y! q3 u
    13. h4 y9 z( a' A0 \/ b5 s
    14
    ) u* A* r/ H7 k7 [1 y5 n2 O154 _3 u5 X' ]: t7 _
    160 C7 ?& ]3 m! t, s. z
    17. b8 E2 G0 Q4 F) t# h! C: _# q
    18
    , }& h$ Z" u2 r0 a19, o' P& \! b; ]- j  p/ t; o
    20
    ; @! d' @# Y! R% D# c" x. J! b8 q, |21
    8 T+ Q$ {$ Q0 y* M- p6 S22  b( o6 O: n, _: F3 m) ~
    23
    4 a5 ]  t9 Q" I( _4 e24
    3 O; J  J( r# K" H25' }, T; Q! H1 E* b
    26
    6 A, |- a! n! n( p27& j/ X, v& t/ V* }
    283 i6 O' c  i/ w; N6 X& w
    29
    3 l; |2 N1 p# y  k! l. ~; z) C4 E. E30( z+ s  h8 t* @$ {% ?  Q
    31
    / F" N6 t( X$ U& U  f4 n+ L32" M+ n2 @. ^! k. ~) k3 r  X
    337 A; d1 T: V& b/ C. I
    34
    . o0 s! C7 {. V, ^" \/ q7 S35! `% v# u! ]$ a) e# a
    36
    " a& P' N2 V% l1 V1 }; F37$ U. T8 f( s/ O5 A
    38
    ; d3 W0 e4 Y3 `7 K39$ w8 K9 v& ~" ~8 Y  H- \
    40
    $ f* `0 t8 r# g41
    0 D2 N7 W! e+ {6 L42% S: W" R8 ?: u8 t9 Y
    43/ G* {: L+ A+ J8 z) ?3 S, e
    44( X8 K6 a. I/ C0 Y
    45
      v7 n3 B! @5 i8 H/ N5 ?' A- t46
    2 D" D: E- `9 ^5 X% e; }3 R476 s9 s  I& [& O9 x" x
    480 N$ I7 q5 n+ `( p3 c! d! W
    49
    " D1 C9 N% L: l3 n50
    ) z6 G6 i7 n, t$ w, s51
    7 B; M3 b6 A# |2 |# i52  M7 _2 c# Y, F7 L
    537 K) K$ x: |; T0 b+ N$ s
    54
    ' ]$ F# o0 B. {. l1 C/ o554 L2 {: V& ]: q; b* f. o; Q+ ]
    56' z2 q% Z" @2 i& S; v7 h. r
    57! ?5 n5 D( }2 `% U1 h3 Q0 @
    58$ Q2 ^2 o' e: i( a& q( \5 r
    59. y) t9 F# Z+ e+ b9 J
    60
    1 _7 }- _7 X7 ^8 P" M" P61
    / P8 _+ \' B  i: y623 a4 |! R3 k1 ~- _2 Y' |( D0 \
    63
    1 H% L1 y- G2 D, r# W3 [' H64
    ; F9 Q* H# S5 ^/ E0 ]/ M65* D7 W1 ?5 `0 Q/ }$ K
    66( M4 i5 D7 g% a+ J6 ?. c3 n! L
    67  Y% a& s+ j8 ~5 e$ V
    68
    , i9 D1 U& V/ \2 e, L69
    2 `; {% _6 D" `3 n/ m70$ d: w0 V* B- }, z- @9 }9 ]
    718 m& d0 P8 B7 |2 G& w# `: ~
    72
    8 P6 `* C! ?1 @* `- F73, i) f  l% v. h2 R! @( q
    74
    3 k. _4 i" g! N  M) L75
    ) i/ k# `+ {' ~' i: ~5 {1 v76
    + d/ G# ~+ C6 R3 Q1 O3 a77
    1 m* l7 h6 ]- v7 ~787 {4 ~6 ]. A; J+ b0 P) {
    794 ?* g7 K* w/ \* n, m) J" R) @% }
    80
    & V4 z0 U! z+ N81
    1 T% J8 z" q( Q/ h82! a* L: Z( M5 D4 }; L/ _, N3 z
    83# h3 w+ M  Y' G. ~) u2 J: F
    84
    ) X8 P/ @  L1 X85$ S2 ]( t- N$ }, M7 {
    86
    # v  n) K1 g4 l: {) L87( Z. I% E  O; \/ A% R2 [6 Q- i6 I
    88
    8 k$ k- ^! X7 w) \5 U, G' z' H% D4 T89
    7 S+ p/ q) `) C2 F90- i6 E# Y1 s! i1 W
    91
    " _; l! f4 n' Z+ _927 z$ u9 a) P1 |0 b8 V9 ?: ^" ~
    93
      i. j/ q6 s+ p- R* Y94; ]7 _( Y! q7 g/ @) Z) v$ p$ l
    95
    : N/ p0 F# R2 \2 [# n967 K% e3 }5 P) o5 ^. p
    973 [. ^8 [% [) Y! r7 o8 w
    98
    1 b9 e/ Z4 n2 U5 m99+ X9 |6 A% J8 g- h7 P( |
    100, P5 {/ N. T: z: m# |
    101/ d6 o  r; o$ t
    102
    7 l4 q, }) a) t; T* R9 l103
    9 N1 ^9 A6 X  n5 u7 q% D1044 E( m8 }6 S& \( U' k2 A& d
    105% Q1 s9 x% i6 Q8 e& w
    106; D$ z! g. N8 G8 J
    107* f5 J+ l2 p0 d6 ]
    108: f9 |; U  e3 K. V4 c$ F- R, }4 J6 ?" V
    109
    # S6 }* ~: L4 L+ O110/ i& c& ^1 s- ^2 |) X
    111
    0 x% G2 g0 Z0 ~' _1 @2 g8 Z112& e+ S) G8 ?0 X3 r
    1136 s8 L. @: N) Y: o5 q5 |
    114" u7 \' i$ B3 G: a  D7 q; L% T
    115
    1 ~8 H- _  ^- x  j% x% I116
      _# n; n5 {8 b- ^117& e& i- \8 i% W& X/ Q
    118+ _  [1 U$ W/ R4 Y
    119! H! e1 Z2 H- y! n
    120' O- C3 K. i; u; n3 a
    1212 \( z* E4 x# x( y5 o
    1228 U# @8 n& {/ |7 e- E. [
    1238 M2 W0 h4 |7 j
    124/ U) m  e% i3 x% j: E
    125+ `% |; h8 q$ _
    126
    2 V5 d6 y9 e9 \1 Y, q  X127
    ' n' B* K0 t. s* v128
    : R$ x; T7 ^- H1 n, B129/ z7 J) {6 X/ R1 z
    130
    + [2 a& l( M0 q/ Q! [- c3 o131
    & M; R/ \: F+ g4 h. D+ w/ p9 ~7 [! n132
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