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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

    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
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    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
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