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[其他资源] 基于Python实现的决策树模型

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杨利霞        

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    开心
    2021-8-11 17:59
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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

    网络挑战赛参赛者

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

    群组2018美赛大象算法课程

    群组2018美赛护航培训课程

    群组2019年 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

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    1#
    发表于 2022-9-12 18:10 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    基于Python实现的决策树模型& Q( o! y3 H* l

    , M, }! Z) s+ {: O; i4 h决策树模型
    / y4 Q9 p. j' e' J目录
    2 C; Y1 k3 N! j8 k5 N! H人工智能第五次实验报告 1
    9 Z, z5 p, _% l决策树模型 1; D0 H: x2 U( v! g: E$ b2 c' \" Y
    一 、问题背景 1
    3 l# d, S8 b9 |8 [1.1 监督学习简介 19 H4 ?. J7 h; w: j
    1.2 决策树简介 1
    ( h8 t+ w' m4 t& o二 、程序说明 3
    # W4 s6 {/ e' x" m( O4 ]9 J4 d" U2 ^2 x2.1 数据载入 3! b' c% M; l8 _1 h. ], x8 C
    2.2 功能函数 3: j/ l: Z8 g9 |. F
    2.3 决策树模型 4+ H- z4 }+ M( Z( s( T! C& f0 }& A
    三 、程序测试 5
    ! e7 \- D1 A4 H1 C4 X9 l0 H' t3.1 数据集说明 5
    2 n/ ~* \& }/ F! d& ?' f: p7 g; b3.2 决策树生成和测试 6& ~! \! ^) F5 L: N
    3.3 学习曲线评估算法精度 7
    0 h/ C% ^* h( E7 |- a4 z8 S四 、实验总结 8
    6 D* O) i% w3 p. j# D附 录 - 程序代码 8
    / z9 w  Z: Q% _$ @/ ^3 f, }一 、问题背景
    8 n# \6 K& K7 ~$ h8 z1.1监督学习简介
    " E8 B% D) I  x" X& ~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 u. I$ n; ~0 I6 O; T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。
    6 `9 v/ c6 N# C+ n' p6 @6 I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。
    " k$ ]" D5 P: Z5 T3 `7 j/ W1.2决策树简介, `. x* v% c8 X. O) c' M! i' }
    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。
    % s! T' t* }( c0 [决策树的组成! e% ~  {7 d7 c: k9 `$ |% _
    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。
    / W, r) \2 w/ O, q3 A+ _  O
    ) ?8 W) Q! M5 j) Z/ E/ o2 `% \' dimport numpy as np
    ! O$ v) t5 o) h/ }* S9 Z( ofrom matplotlib import pyplot as plt9 I$ Q- d; q; S* Y2 A; M
    from math import log2 k/ a; `; ^; l9 |$ E0 p
    import pandas as pd$ ~! |2 J# l$ }* H' J7 j
    import pydotplus as pdp% j; U/ x* [- S, [
    # q6 b& e& @0 r4 h! M- J1 g
    """! f& J' x. {3 j. u( I8 b
    19335286 郑有为* v4 F5 O4 y5 a4 \  r6 v: d
    人工智能作业 - 实现ID3决策树& Q( F# O- b0 V7 `. Y! d8 |& ~4 [' N
    """; v+ ^# q2 G8 b
    ! o: L! _/ a- u, [8 T
    nonce = 0  # 用来给节点一个全局ID
    4 i, ?# A7 R7 Z; g4 O8 E) mcolor_i = 0% o& U' y1 t" j! G! R/ G/ X
    # 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
    , k. W9 w# }: _color_set = ["#AAFFDD", "#DDAAFF", "#DDFFAA", "#FFAADD", "#FFDDAA"]
    ) c: K% x4 {. ^8 l
    ! [' r' X$ r4 Q# 载入汽车数据, 判断顾客要不要买
    & N& w4 g; G4 s! ^8 yclass load_car:
    9 [3 y* E2 ?9 W, B. Q: ^    # 在表格中,最后一列是分类结果; ^  o) x  v4 ?: d. E3 F) K& |
        # feature_names: 属性名列表
    - z* m* I% W& ?& `- ?    # target_names: 标签(分类)名
    5 e  @3 P. A8 L/ ^& C; Y    # 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 \; v8 z  M5 F& J' G4 a9 J  R6 }) j
        # target: 目标分类值列表
    $ W. g2 ]2 t9 s2 \% ~    def __init__(self):$ N  o: N+ Z, c/ k. ]
            df = pd.read_csv('../dataset/car/car_train.csv')
    # K4 G8 s$ C- T" _% t        labels = df.columns.values6 i1 o' B; V; L1 c' n: }
            data_array = np.array(df[1:])
    9 d1 d0 c7 N% ]+ u. V# x        self.feature_names = labels[0:-1]+ P# H9 N- ]) d' k* Z6 T9 M7 Z* c
            self.target_names = labels[-1]
    ( p/ f% Y3 L9 d9 ]; P9 l        self.data = data_array[0:,0:-1]
    " J& E6 J9 g/ S        self.target = data_array[0:,-1]3 o( ?) n" N4 l4 f

    7 o) n$ B. D0 X6 i! Q# 载入蘑菇数据, 鉴别蘑菇是否有毒$ @4 B- w& r7 s* W
    class load_mushroom:* G2 X  U, F) V3 R8 X6 ~8 P
        # 在表格中, 第一列是分类结果: e 可食用; p 有毒.7 F: q! q: A7 C
        # feature_names: 属性名列表8 [& o; W1 h9 m8 v0 {
        # target_names: 标签(分类)名4 g* |( v& F! Z( S
        # 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
    3 ?) f: T: m5 e    # target: 目标分类值列表: ~# k$ a4 v+ A) c$ P5 l$ B
        def __init__(self):
    & [. _2 i, R2 O. @# h. E) a5 A# q        df = pd.read_csv('../dataset/mushroom/agaricus-lepiota.data'); w. N0 D8 }3 G" G% X5 B
            data_array = np.array(df)
    2 Q* n0 c/ ^1 d+ V- e$ u        labels = ["edible/poisonous", "cap-shape", "cap-surface", "cap-color", "bruises", "odor", "gill-attachment",+ p# x! ^4 t# g1 n" f& c
                      "gill-spacing", "gill-size", "gill-color", "stalk-shape", "stalk-root", "stalk-surface-above-ring",7 O* B& @7 d$ U- x
                      "stalk-surface-below-ring", "stalk-color-above-ring", "stalk-color-below-ring",0 Q9 \+ F1 @3 l5 j% N4 C6 `7 k1 Q  C
                      "veil-type", "veil-color", "ring-number", "ring-type", "spore-print-color", "population", "habitat"]
    ' h7 F8 L8 k8 J, i4 N7 [3 u. _        self.feature_names = labels[1:]3 A7 p  L$ y, p& n  Z6 D# R
            self.target_names = labels[0]
    + `) I1 `! ^2 i+ R2 P  X1 ~9 b        self.data = data_array[0:,1:]/ a/ P7 M! K  Z' N0 P
            self.target = data_array[0:,0], ]/ R$ B; B; K% b2 }! ^
    + B) A' \6 j$ v" K* ~2 P. m% m9 X( l5 F
    # 创建一个临时的子数据集, 在划分测试集和训练集时使用
      k% D0 s, ~3 t" Bclass new_dataset:+ |' X5 l7 j% t" _5 ~2 g7 m
        # feature_names: 属性名列表" |1 U% i; S; C+ |- S9 V+ e
        # target_names: 标签(分类)名1 x$ Y, X! b$ ^. `* |" 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
    4 D, A% C! U1 L9 d- r0 l2 ?5 L    # target: 目标分类值列表
    ; V  U( z, o; Q" d- S- C* N    def __init__(self, f_n, t_n, d, t):
    7 K/ {; h) ?( r  P2 A% d! Z7 j        self.feature_names = f_n8 g1 m: y4 V+ L  u. V9 d. [
            self.target_names = t_n  ]  }; ^: H  \% T' |
            self.data = d: O7 ]2 I" o* m( W1 Y
            self.target = t1 z6 ~4 I+ a) `% y
    ( D. k/ T# y3 Q
    # 计算熵, 熵的数学公式为: $H(V) = - \sum_{k} P(v_k) \log_2 P(v_k)$
    % }3 x3 W( E: t0 P1 H3 f% }! r#        其中 P(v_k) 是随机变量 V 具有值 V_k 的概率. n+ [/ }" M+ e% q* L1 D: w; L- p
    # target: 分类结果的列表, return: 信息熵
    7 Y! D  {# n" \& f: Jdef get_h(target):
    : L) `0 R- [# k& B/ e    target_count = {}& k5 f; D, B  c/ y$ ]
        for i in range(len(target)):& M5 q0 G& ^5 t/ o( E
            label = target
    6 }6 R# ]! n) ?! F        if label not in target_count.keys():3 i, T& _* Y$ @: A, Y
                target_count[label] = 1.01 `( A! C# A2 e
            else:
    + |1 E( i% {0 m/ h' g# M' J$ \3 g! K            target_count[label] += 1.0' c) W* P" o0 ]6 j' {
        h = 0.0
    " w( R% K) Q( O    for k in target_count:
    , K  g$ P3 a& M        p = target_count[k] / len(target)
    ( \8 O# F& a5 H- u; s% z; p# Q/ q        h -= p * log(p, 2)
    ) a  a/ w5 G. e/ [    return h9 O8 ?# B( x3 ~  Z! s3 W3 h3 D  c' `

    3 M  Z4 a: P" R% C! ^7 ]- t# 取数据子集, 选择条件是原数据集中的属性 feature_name 值是否等于 feature_value
    2 J7 R9 J* h% m# z* W# 注: 选择后会从数据子集中删去 feature_name 属性对应的一列8 m: b* I3 r: e( r! p! {. m
    def get_subset(dataset, feature_name, feature_value):
    % [4 f+ A+ \. V    sub_data = []: F. s" m: }1 _' e
        sub_target = []6 C# }! `0 ]. e& L
        f_index = -1
    1 `: \. H" b2 g* N8 n3 d6 F* a    for i in range(len(dataset.feature_names)):3 w- Y( z8 v- I7 ^; h5 U! e/ h
            if dataset.feature_names == feature_name:# X$ @7 D) s2 o5 ]2 c3 N0 D# o
                f_index = i
    , I, v3 ?9 n/ m6 W! F8 t            break& \1 H: A+ u! {. G+ p2 ^) f% {

    1 b' S' ]0 C( i9 W* O# I0 L+ |3 Y6 J    for i in range(len(dataset.data)):
    * U$ r! m# e5 s        if dataset.data[f_index] == feature_value:# Z) ~* I6 w( H4 v
                l = list(dataset.data[:f_index])
    4 [( b: T7 O3 I. v4 `: O            l.extend(dataset.data[f_index+1:])8 O: V. Z- r. L# S5 y
                sub_data.append(l)
    , d7 U# V$ T3 ?8 a$ Q- w- p; c            sub_target.append(dataset.target)
    % s9 b. A0 h( W; k0 R1 g1 D( K
        sub_feature_names = list(dataset.feature_names[:f_index])
    8 q; j+ g$ A) v    sub_feature_names.extend(dataset.feature_names[f_index+1:])
    9 t" r, Z2 E, {4 J9 f' i. A    return new_dataset(sub_feature_names, dataset.target_names, sub_data, sub_target)
    / y. g8 @" x0 O: X. B7 u2 Q& u: O- [5 A2 t& r! [
    # 寻找并返回信息收益最大的属性划分
    # ?' ?) E5 ?# d& ]. T/ `$ s7 U# 信息收益值划分该数据集前后的熵减
    ( f/ g* t$ A: `$ y4 ]1 F: Y# 计算公式为: Gain(A) = get_h(ori_target) - sum(|sub_target| / |ori_target| * get_h(sub_target))$$ ?2 r( c' V( T; F/ \3 Y
    def best_spilt(dataset):5 F+ s" \4 ]# g2 [# R) E" o

    ! D2 ^/ K! \1 I# Z4 P3 W7 _& P    base_h = get_h(dataset.target)
    ! N. \8 L2 A( Q4 J4 z    best_gain = 0.06 c8 M& m* s9 t$ R
        best_feature = None: o5 X. f; {  R
        for i in range(len(dataset.feature_names)):4 u9 M5 D# g8 A- W+ y+ \  g- i
            feature_range = []
    7 Q! r! j( @. i9 Q/ U        for j in range(len(dataset.data)):
    1 s0 Q% ?, h; `- Y, A, _, H            if dataset.data[j] not in feature_range:; T1 q8 P1 w' K, q! |2 [! K
                    feature_range.append(dataset.data[j])$ w8 X% ]& a) L& Z# b& d

    * g% y/ f5 C# T. C! y        spilt_h = 0.0
    ) {5 ^# H* H! a        for feature_value in feature_range:
    ; V' v* L3 D, k            subset = get_subset(dataset, dataset.feature_names, feature_value)
    / ?2 q% F3 S( W  k6 m            spilt_h += len(subset.target) / len(dataset.target) * get_h(subset.target)) O$ b, E' G8 T' e
    & \/ F( `  v# A. {/ S
            if best_gain <= base_h - spilt_h:
      A  U8 p5 y3 L. |0 U4 a, E            best_gain = base_h - spilt_h: h# t5 f4 T- x' [% R% R  A
                best_feature = dataset.feature_names* w+ S# j% ?5 E& j+ P

    4 S0 t; q3 Z/ ^1 |    return best_feature
    " N# P' k& g7 f/ b, V2 X5 A9 c% t, C: }. u0 k% D+ o
    # 返回数据集中一个数据最可能的标签) S& A) J0 a# m+ }% \
    def vote_most(dataset):
    : X1 m7 x) D1 y) V3 C' Q& D. m    target_range = {}- [) L# a7 t; x6 @# C/ \1 Y% M
        best_target = None
    1 Q/ h4 U! j* c' L    best_vote = 0* U3 y0 {( ^0 l8 h+ Y. N+ O
    . q% K  k' u# t- K. g
        for t in dataset.target:% h/ M, ]! G; D$ r9 t7 b
            if t not in target_range.keys():  c3 E" H- ^8 D+ {& ?: w" H1 O
                target_range[t] = 12 i1 o/ K) R4 R+ q* g9 u
            else:3 f0 m6 v& b- r4 `; e) |" V+ ~
                target_range[t] += 1$ P& |5 g5 n% x0 K1 W6 b

    * ^* d3 |0 e+ E    for t in target_range.keys():( ]2 F8 Z- _7 G$ _7 r8 o
            if target_range[t] > best_vote:
    $ [1 V" P5 j& Q5 q3 O( p  ?            best_vote = target_range[t]
    3 X! x5 C5 e8 Z5 @5 t% U! t            best_target = t
    ; L2 f, |# q1 O% A: h: U0 B$ m. ^4 g9 n7 s+ J- a" b# k# K
        return best_target& A/ X# `, C0 |: {

    6 D- b, S0 b# ]% Y! S( v, k/ K1 ^' D# 返回测试的正确率' E' K! k5 L: U& L2 v" R
    # predict_result: 预测标签列表, target_result: 实际标签列表2 Y1 w# W0 Z' \
    def accuracy_rate(predict_result, target_result):9 y3 {( v3 v0 Q$ r- p" G
        # print("Predict Result: ", predict_result)
    6 d0 d; p8 E/ U  T    # print("Target Result:  ", target_result)
    ( @4 C- d2 s$ x: o    accuracy_score = 0" e0 f2 ~# R0 Q9 `+ B4 J# k) G
        for i in range(len(predict_result)):
    8 \$ N! @# ]4 W: v( l* f" I        if predict_result == target_result:3 P! F8 ^" Z/ W
                accuracy_score += 1
    , q  O! x" o. D: b    return accuracy_score / len(predict_result)+ o" W4 g$ t; l6 N
    ( W2 q- I( y  \
    # 决策树的节点结构
    : J$ K: T7 E8 ^class dt_node:
    ! S6 i! N3 {& \, P" x+ }9 ^( q! F8 u; c) d5 u# o: \
        def __init__(self, content, is_leaf=False, parent=None):: ^* ?- g. ~- z. j8 G
            global nonce- ^; F' G6 f/ Y7 N) p1 j
            self.id = nonce # 为节点赋予一个全局ID, 目的是方便画图' c4 n) G0 A0 F) A
            nonce += 12 B' ?7 |: B. R: o: U: q3 t
            self.feature_name = None, s+ \- u, c* D/ j7 B
            self.target_value = None6 X. P+ l' ?( I7 N8 Z
            self.vote_most = None # 记录当前节点最可能的标签/ R; x* U, H& V) ^% C" U
            if not is_leaf:: v/ P7 R% s  l/ M2 b% v
                self.feature_name = content # 非叶子节点的属性名! F0 w! A6 @8 Z0 t8 l
            else:
    9 D5 ~+ z; I- h% Q' w; \            self.target_value = content # 叶子节点的标签9 z% z+ E, t% y8 {. C5 u
    6 ?+ E- z. q4 b9 d4 j
            self.parent = parent
    + V$ c# Y+ o' |; D        self.child = {} # 以当前节点的属性对应的属性值作为键值
    2 m, `8 G6 w$ y3 \- T/ ]' m( j2 F  u! N0 X3 u: h$ w- i  p9 J
    # 决策树模型% B% O" X5 y) {
    class dt_tree:
    7 r+ R; T& ~8 a. i3 Q4 d
    4 `( D- {! g. h0 o    def __init__(self):
    6 B. b& K+ H, l% p* p9 X        self.tree = None # 决策树的根节点
    7 ?# F; W/ `; N/ B/ R        self.map_str = """  p3 T/ k; S9 ?8 W' g( h! F1 r
                digraph demo{3 u& n# [6 J9 N+ q. k6 x
                node [shape=box, style="rounded", color="black", fontname="Microsoft YaHei"];
    8 k4 T  \6 n- y% e& h1 O7 d            edge [fontname="Microsoft YaHei"];
    " n+ R; X& ~9 V$ y% H# w1 A            """ # 用于作图: pydotplus 格式的树图生成代码结构
      j* R3 m  w6 `4 r        self.color_dir = {} # 用于作图: 叶子节点可选颜色, 以标签值为键值( a& t$ f( V& C  X% X' I

    0 z. u  g" R2 c2 }5 w# E    # 训练模型, train_set: 训练集
    , W, w* B: c5 E" a3 F    def fit(self, train_set):7 s5 P* G( z2 X" u

    ) G# y0 w& J9 f1 w7 r) I# ]% W        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
    : i+ g1 E9 N5 P0 f) ^3 }9 i            return None
    # j4 c! e3 A% R  c, P
    / {3 F+ [' x1 g! j        target_all_same = True
    ' a8 Y. M3 H) K; Q( o" J8 H  E        for i in train_set.target:& v+ B6 _) P% X' `( v. a0 x8 c
                if i != train_set.target[0]:
    - V9 M: n+ b5 @7 S* x3 p& v                target_all_same = False
      g+ P$ E! ^! g: L1 p, `! e                break
    , k' V* I. k2 \  H# z
    ' U1 W4 m5 T" t& W% A        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
    1 k( [3 y2 [4 }: }( `7 ?            node = dt_node(train_set.target[0], is_leaf=True)6 T' a( F+ @, u3 L
                if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点  K0 W% F$ C4 w8 f- t
                    self.tree = node
    . P7 z$ q4 d1 l$ d: N5 p4 p" X4 t# P/ c1 q' m" U4 O! c
                # 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: t; S4 x: f5 V% f: K9 Y8 O
                node_content = "标签:" + str(node.target_value)* v4 w9 v; I' Y" W; r: t/ B
                self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    , [7 S; Y/ {8 Q# r" T$ o* A/ k1 K1 x4 R" h9 ?7 P$ d! x2 l+ I/ Q
                return node
    $ p8 T2 G" e% z1 C! z; |* M$ p! ^        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
      a. z* H5 r! S7 Y, ?            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
    9 T4 {9 Q9 [1 @1 j' X2 p: O            if self.tree == None:  # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点: G; T1 p9 z' i( n7 i
                    self.color_dir[vote_most(train_set)] = color_set[0]
    9 y$ S9 k* N* p4 S/ R                self.tree = node
    8 B% D$ y# o( q3 z
    ; x; L% V6 d4 r            # 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
    0 O  F- l. \3 o6 H- L% o9 X9 B; ^            node_content = "标签:" + str(node.target_value)
    " w. P% D: |7 v1 }            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"" + self.color_dir[node.target_value] + "\", style=filled]\n"
    . a' n1 O5 j0 V8 v7 F1 y7 t
    + P. U* ?8 ?8 E2 w, w& N2 H            return node
    # e7 x$ R7 j1 U- r/ K- C/ o        else: # 普通情况, 构建一个内容为属性的非叶子节点- y9 h) U  Y7 \% K- A. p
                best_feature = best_spilt(train_set) # 寻找最优划分属性, 作为该结点的值# Q2 g- ~. s; u2 A+ L) S
                best_feature_index = -17 T5 a3 [% T6 u
                for i in range(len(train_set.feature_names)):
    5 q, k$ `' Z3 ~2 f/ U/ F- S/ ?                if train_set.feature_names == best_feature:6 V% g0 p' E+ \; M. y( L/ q- H
                        best_feature_index = i+ j) e$ F) ]0 E! ]) P( E& O
                        break
    % @: u* k8 M, U$ A+ j$ w
    ! V7 j2 n7 H3 F+ W6 I: f& L! X/ v* M            node = dt_node(best_feature)
    4 j+ I5 X9 M+ ?# o( U            node.vote_most = vote_most(train_set)3 I! k; S1 O, L9 B
                if self.tree == None: # 如果根节点为空,则让该节点成为根节点# n' l* M9 y2 K9 e+ `  @
                    self.tree = node
    - {3 p: r# P' u! V( K" N- l                # 用于作图, 初始化叶子节点可选颜色
    % e; M! q; m# Y2 V/ L                for i in range(len(train_set.target)):& o$ p, a- ]) R! _
                        if train_set.target not in self.color_dir:' h8 J; E& [6 `3 v
                            global color_i4 r8 x" |9 T4 a6 r* F; \! t% ^$ y
                            self.color_dir[train_set.target] = color_set[color_i]
    ) w; ~/ ]& s0 a% u6 J7 J                        color_i += 1+ ]5 W" Y6 Q9 F7 a
                            color_i %= len(color_set)
    / s$ a$ x; |& g! _' k
    ; Q# B8 G: |) O            feature_range = [] # 获取该属性出现在数据集中的可选属性值
    7 S- h+ U9 L9 O9 x            for t in train_set.data:
    0 P, l' ~3 n7 M: a; Z: D- S                if t[best_feature_index] not in feature_range:
    ' M' J. Q. w; R, h5 D                    feature_range.append(t[best_feature_index]): r5 R7 D7 p2 R- z# T8 n  ]  N

    + l( t$ h- ^7 v5 O6 T! m/ p            # 用于做图, 创建一个内容为属性的非叶子节点+ _$ x7 [) z9 F
                node_content = "属性:" + node.feature_name
      W" @' S# V$ |' V: [            self.map_str += "id" + str(node.id) + "[label=\"" + node_content + "\", fillcolor=\"#AADDFF\", style=filled]\n"
    + t0 u+ J) X8 W9 j4 g2 v
    8 ^, S6 Y; e% n$ y' R8 c            for feature_value in feature_range:
    9 C9 t$ O3 \/ @, m) A                subset = get_subset(train_set, best_feature, feature_value)  # 获取每一个子集
    # ~  Q# }& j" \$ `9 Y                node.child[feature_value] = self.fit(subset)  # 递归调用 fit 函数生成子节点! S# t. |7 k) T6 P; e; z' ]+ ^
                    if node.child[feature_value] == None:
    7 L4 e7 J& K/ U" s+ p/ a                    # 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$ G5 Z5 o" O$ c! K$ C- _& x; E
                        node.child[feature_value] = dt_node(vote_most(train_set), is_leaf=True)
      l) w9 p; H6 e/ l                node.child[feature_value].parent = node* p# }# j) Q( V5 h% [' K- G! L

    4 S3 S6 H% O+ O: R/ w                # 用于做图, 创建当前节点到所有子节点的连线
    ! q- [( ]* E! }) L. I0 P                self.map_str += "id" + str(node.id) + " -> " + "id" + str(node.child[feature_value].id) + "[label=\"" + str(feature_value) + "\"]\n"
    ' x/ y% a3 I& e4 L4 ]. i
    6 I3 y, ^1 \9 S* @8 O+ R% o8 z            # print("Rest Festure: ", train_set.feature_names)7 l& z7 `! {" \7 R3 p: [
                # print("Best Feature: ", best_feature_index, best_feature, "Feature Range: ", feature_range)! i7 p6 v6 H/ q7 Q3 z# v
                # for feature_value in feature_range:9 V3 Q) Z  {+ m' T9 }$ d
                #     print("Child[", feature_value, "]: ", node.child[feature_value].feature_name, node.child[feature_value].target_value)
    : c1 O0 C: B' d/ o  P  c& M            return node) I% z% Y! L- e8 u, G, ]
    ; O/ p( i* Y0 P) t' z
        # 测试模型, 对测试集 test_set 进行预测
    : O; k! X+ r: g" w: h% J% z* t    def predict(self, test_set):4 L. B! v. g. F# W6 N7 w
            test_result = []
    . _, _' b6 F; s/ e( M2 X        for test in test_set.data:; B4 ~; e7 O5 @- g9 W4 P# ?. h
                node = self.tree # 从根节点一只往下找, 知道到达叶子节点
    0 ?: t% J: g# p6 i# `8 v0 M* o3 r            while node.target_value == None:
    & ~- Q) b5 a* M                feature_name_index = -16 v% H$ @5 n2 H8 T
                    for i in range(len(test_set.feature_names)):2 z: m8 ^# S  m8 P9 a
                        if test_set.feature_names == node.feature_name:
    ' A+ Z3 f. b/ x1 P( L& s                        feature_name_index = i
    9 E* \! X3 c& G4 O- h6 Z                        break
    - a- {* j; O) U$ M3 A1 ^                if test[feature_name_index] not in node.child.keys():8 T. b9 n9 t7 U9 A$ ?
                        break
    % h4 t, f$ o) G  x% O9 i                else:4 r9 j" R& \& q1 f6 D
                        node = node.child[test[feature_name_index]]
    $ u( Q- c' ?* O3 s# E: c# g: _5 t( P8 E3 I6 v
                if node.target_value == None:
    ( M/ y* F' |9 B/ _3 u                test_result.append(node.vote_most)
    - u3 Z% J5 r0 q' Q  a            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& a  W4 r  V' p( Z( I, i4 R
                    test_result.append(node.target_value)
    9 Q3 v4 f0 {" M' F+ b9 l, \2 ~- ?7 y" r  X+ f3 \2 b
            return test_result
    . i7 U1 ~$ ^' t  i5 t+ m+ d: [5 e4 L9 c! b, ]
        # 输出树, 生成图片, path: 图片的位置
    7 F6 @4 n/ f# m3 v9 k. C* d9 @  Z    def show_tree(self, path="demo.png"):/ m4 T. o  q. w2 K- I+ S
            map = self.map_str + "}"
    " _8 B7 u3 a/ c, M: o* W/ q        print(map)
    8 p* K/ |1 f- a        graph = pdp.graph_from_dot_data(map)& X  v- u3 k4 h+ N) e0 I7 G% f
            graph.write_png(path)
    1 p5 f0 ?) U. ]# l7 ]& `" h' ~/ h: W+ ]
    # 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
    $ M# X  E6 A* p0 L6 R( M" Rdef incremental_train_scale_test(dataset, label, interval=1):1 w" k* ~" Q6 i) X, \8 ?/ N0 G
        c = dataset
    9 f  G' D4 m) c1 U* p4 W6 u# S) `    r = range(5, len(c.data) - 1, interval)9 M& r' w; o+ v) R3 t
        rates = []) s, g, G+ O3 s/ b. Z1 h$ j
        for train_num in r:0 ^, W* [8 f8 j4 `$ x
            print(train_num)  S5 W! `$ A" w( A
            train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])
    2 u) ?+ L; a2 Y        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    ; I. C7 O9 z! o# C        dt = dt_tree()
    - t4 T  }7 T# {8 ~7 Z4 r  O        dt.fit(train_set)
    9 _. e  Q; g* O, A, x5 Y5 |. t, l        rates.append(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target)))7 f" P; |' V% f3 `

    9 `3 r) P& U( ^$ |    print(rates)
    6 n6 G  ~5 A8 d+ `7 X/ _' K    plt.plot(r, rates)
    0 F% O* k7 D! q1 q! W& Y    plt.ylabel(label)
    ( G% ?" p7 v% y1 T8 O    plt.show()
    6 d. i; u; J+ W. j# \; M& ], ]% e8 Q
    if __name__ == '__main__':3 w( J6 j3 g" `! G2 U
    2 T# R5 Z- ^5 H9 t, f9 j
        c = load_car()  # 载入汽车数据集  H( g/ R3 p+ G
        # c = load_mushroom()  # 载入蘑菇数据集
    / N) I! N  {  e4 {! x    train_num = 1000 # 训练集规模(剩下的数据就放到测试集)% [" e6 O6 J* D& @4 J7 b
        train_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[:train_num], c.target[:train_num])3 I# n/ H) \& p7 ]. ?. O3 O& |
        test_set = new_dataset(c.feature_names, c.target_names, c.data[train_num:], c.target[train_num:])
    5 F# O6 ?+ |- x# W( Z6 o) j2 P+ U% n2 x& z
        dt = dt_tree()  # 初始化决策树模型
    1 W; w0 Y4 z9 l( s) x    dt.fit(train_set)  # 训练
    6 h( K( f6 u# l3 i8 q    dt.show_tree("../image/demo.png") # 输出决策树图片
    / C9 q6 v! Q' D. @, A- |4 f/ ^5 A    print(accuracy_rate(dt.predict(test_set), list(test_set.target))) # 进行测试, 并计算准确率吧  E' o+ ?" v- R- c  }/ K5 J& F
    " Q3 ?3 N8 u! w& w
        # incremental_train_scale_test(load_car(), "car")4 O7 P0 k! ^3 B' T; X! t' r
        # incremental_train_scale_test(load_mushroom(), "mushroom", interval=20): x* P- R, o) B  b4 F7 [

    ; L. m# [* p  M( I/ ^% B* _
    5 G0 K7 i1 o- B3 Y) `1 [' {5 c! {" s3 X& o" j  Q5 t  r( p6 S, Q
    18 B: a! W) \2 J) I1 U
    2* }  t7 B& G( G" u! l5 }
    37 j' @: d7 Y& h) |
    4
    $ w: J5 c: ?4 ?; {  X& l. V8 f5' h+ o0 L. i/ j
    6
    1 Z' A4 g) u& E* R0 |: @7
    ) U. Y6 g# N- [, _$ v: x5 X# r2 [8. Y3 G% l/ |  T
    9( I  |# @7 G3 A2 O  \
    10/ v& P% t" q5 c5 Y5 n, d
    11
    - b; O3 ~, T: N& i( |7 R; T12* ?. Q5 g6 a6 n5 A0 Q1 t
    13! h1 _0 r2 \+ ~, e* O
    14
    / w. ?. d) @6 K15( r, I' W# U  C  R- `; F
    164 `' ^" ~$ L2 K
    17! l; l( t& P& S6 _/ G" I: b
    18
    8 Q( Q; [* O) T! i19# \" W" v2 F$ |) M
    20
    8 j4 J! @) l/ x21$ z% A, o4 {; d$ e
    22
    0 h3 S  [( }2 y: {/ I% p( S" G: t235 ]% ~% K5 n5 n
    24
    6 p- h* L1 O  B2 I% a25: G2 R* K! X8 e; V$ g
    262 F% c2 s: o/ H! Y# s' ^
    27) I" k2 ^. _6 Q" `  t5 J$ x. e( M
    280 I4 J( D  [* f; C2 Y
    293 j7 Z: D. i3 H( q7 Q2 r6 s; }
    30
    ; d% f1 R' }: u2 b31% e8 e) b: w$ P# ~+ q9 Q9 _
    324 d2 d8 I$ I1 L+ F# q
    33
    ' V  b  A. a% B" _4 a* O34& f- Z5 F# G& G2 b* Z
    35
    6 d7 ?7 M. \$ `' V0 l5 S363 C: h4 f/ q* _, W
    37" _7 k3 C* C; `. s( N
    38
    & e: X, a- H3 e6 R! W3 X6 d' R8 e39, a; z* q- `& w% g4 {* [8 Y
    40
    : u" H' ^- J& T; s41
    % w* ^2 y7 Z% `42! z" O; X& W: _1 U' S8 F
    43
    0 x) F% H$ t% E44& T4 e. \8 C- @9 x3 @9 l
    45
    2 n! |6 b' E! a7 b9 W46: z2 Z" f2 W6 e# m' w6 @! J- T
    47) Z% @% s8 g4 v1 Q+ D2 A% d7 N
    48
    1 n# F6 H4 L5 l0 \# a4 z, D- c49
    , i/ L- S% B3 R. F50, g  K5 c0 W3 ]! i5 H2 q; M
    518 U$ e) A  j" Z; R2 b, x9 I
    52" X; n" y8 ?$ L. Z) S* T" |  Y
    53* k- N* ~0 e4 }9 I
    54; a. ~% k) O/ S: N/ |0 P) H- r
    55! i9 w& x- E8 {- c! k" D
    56
    4 V  `+ g6 j  I$ d+ e+ J3 v0 _5 ?574 q$ y% H" b# c& [4 i
    585 d! A7 ?. H3 [# i
    59
    2 {2 b; ^* S% t  u/ U2 y605 ?* b8 Q3 ]& L& _
    61
    8 L+ x' `: X( s9 O( ]& A622 A. a' L; j9 x9 i( M. {# r
    63# @: n6 q! J, q4 z  K* c3 O5 ], A
    64
    9 r* w% {* _. p) |& `0 F+ t; h& u65: H7 U( P" M* R: A1 j" p
    66. R" X& [! r- d8 B! q+ b
    671 |  U+ R7 |: R9 U0 m
    68( U1 C+ M. A6 W% {' n% S' |
    69
    ! A" X8 [% Q9 _3 g  {70) D2 {8 z8 T1 C% G
    71
    , ?; E9 v! x* l72
    6 I: m- a. Q, ~, t+ S  C' a732 d8 X6 P: _4 C6 X; M5 o6 M0 V
    74: X! D  L5 a5 X
    75
    ' g/ J! Q4 U* b  a76
    , U# c+ v6 A0 |8 x77
    2 V8 \: f7 E5 Z7 E8 M. J) A" a78+ A& ~" D1 V+ J1 r3 ~
    79% o& `+ M" N+ n# q
    80# J5 b9 }' }) z- ?
    814 ]" r8 I, s! ^' G
    82
    ' |4 t& d( z! X8 L83  _8 j, I6 U, P# _& P
    84
    + i2 v/ C- M" u, H( ]4 u3 T85
    ; S5 O6 C2 H' K2 s# J& p86
      f1 ]" m) Q( Y0 s1 H87+ ~; k3 z/ `$ i7 H2 }, T0 ~
    888 w/ t8 R; U: W
    89! ~2 N9 k8 r& d2 }! h
    90+ Y* b1 n! _* C* |% y
    91* @: W) y/ T. {# P; ?
    92* `. m3 _: g, H. j- I: }
    93  g# {. {4 X5 T# h8 I$ R4 r( y1 R
    94
    " V6 @4 ^3 C$ s" U2 U7 _" F95
    : C6 N. D1 s9 m$ [& x: ]( u961 ?' d. G  K1 i6 @
    97
    . G, E& M1 M# k1 c2 \98
    ; |+ @3 ]  L9 b. x0 z. ~99
    ! S/ u5 T4 t4 i; w7 A! I+ u100
    / j$ M' ~' K# w+ Z0 F3 g0 C' U+ i101  v- ^6 N" L1 T5 j$ j* o
    102
    1 i* O" N0 ~4 g( L3 L1 g, T' j103
    5 \2 ]" N8 D- }: j0 j9 v& Z104& w5 ]) |0 P6 Z6 M% N7 Z
    105
    - U/ m0 ^/ A2 }5 p$ D  \3 U106
    - s5 b+ U* _2 z" A" v107
    8 v+ v: ?! j! Z# c+ ^1084 a1 {) T7 T* ]9 \4 m: R: T
    109
    ; ?9 L# W% U' s110" d5 i: p8 r; L0 U
    111
    * t6 S2 R6 s$ U0 `6 V9 W: \112
    8 ]) r; T( `- u" A$ I$ ]( @/ b113, ]& N$ l! e! c* O
    114
    & B$ ~3 L# \2 `9 N2 Y115
    . j+ Y/ T# \% y1161 E# Y! x' z4 K" g- T
    1173 o) O2 `* ~; G# m
    118
    5 U% Y+ g/ N$ i9 z) d" y119
    ' C" s* h! ~! d- b/ T) G0 ?. Z' E120
    : Q; K- e# J9 C- r. J" j121
    ' E. w! v& U5 ~" v122
    3 [0 f5 M9 C! P8 f" t123* c; e& W2 \1 _' Z
    124: C# Z3 f) u: Z" I- l
    1254 h& t$ D! t% c
    126+ r1 D  O* r' N4 S0 w
    127( w  n3 [9 L2 x/ Z/ D
    128/ U0 a- A$ ^0 w5 S* q
    129
    0 J- b" C% R0 a1307 u( ^9 h0 E8 O6 I
    131
    8 C' c' z  A  i. N132
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