C5.0 python代码实现

时间: 2023-10-13 13:24:26 浏览: 111
以下是C5.0决策树的python代码实现: ```python import pandas as pd import numpy as np import math class C50Tree: def __init__(self, max_depth=10, min_samples_split=2, min_samples_leaf=1, max_features=None, sample_size=None, random_state=None): self.max_depth = max_depth self.min_samples_split = min_samples_split self.min_samples_leaf = min_samples_leaf self.max_features = max_features self.sample_size = sample_size self.random_state = random_state self.tree = None def fit(self, X, y): self.tree = self._build_tree(X, y, depth=0) def predict(self, X): return np.array([self._predict_one(x, self.tree) for x in X]) def _build_tree(self, X, y, depth): if depth == self.max_depth or len(X) < self.min_samples_split: return self._make_leaf(y) best_feature, best_threshold = self._choose_split(X, y) if best_feature is None: return self._make_leaf(y) left_idxs = X[:, best_feature] < best_threshold right_idxs = X[:, best_feature] >= best_threshold if sum(left_idxs) < self.min_samples_leaf or sum(right_idxs) < self.min_samples_leaf: return self._make_leaf(y) left_tree = self._build_tree(X[left_idxs], y[left_idxs], depth+1) right_tree = self._build_tree(X[right_idxs], y[right_idxs], depth+1) return {'feature': best_feature, 'threshold': best_threshold, 'left': left_tree, 'right': right_tree} def _choose_split(self, X, y): num_features = X.shape[1] if self.max_features is None: self.max_features = int(math.sqrt(num_features)) if self.sample_size is None: self.sample_size = len(X) if self.random_state is not None: np.random.seed(self.random_state) feature_idxs = np.random.choice(range(num_features), size=self.max_features, replace=False) best_feature, best_threshold, best_info_gain = None, None, -1 for feature_idx in feature_idxs: col = X[:, feature_idx] thresholds = np.unique(col) for threshold in thresholds: left_idxs = col < threshold right_idxs = col >= threshold info_gain = self._information_gain(y, y[left_idxs], y[right_idxs]) if info_gain > best_info_gain: best_feature = feature_idx best_threshold = threshold best_info_gain = info_gain return best_feature, best_threshold def _information_gain(self, y, y_left, y_right): return self._entropy(y) - ((len(y_left)/len(y)) * self._entropy(y_left) + (len(y_right)/len(y)) * self._entropy(y_right)) def _entropy(self, y): _, counts = np.unique(y, return_counts=True) p = counts / len(y) return -np.sum(p * np.log2(p)) def _make_leaf(self, y): _, counts = np.unique(y, return_counts=True) return {'leaf': True, 'class_counts': dict(zip(_, counts)), 'class': _[np.argmax(counts)]} def _predict_one(self, x, tree): if tree['leaf']: return tree['class'] if x[tree['feature']] < tree['threshold']: return self._predict_one(x, tree['left']) else: return self._predict_one(x, tree['right']) ``` 其中的`_build_tree`方法是核心方法,它递归地构建决策树。在每次递归中,它首先判断是否达到了最大深度或最小样本数,如果是,则返回一个叶节点,该叶节点的类别是样本中出现最多的类别。否则,它会选择最佳分裂特征和最佳分裂阈值,并根据这个特征和阈值将数据集分成左子树和右子树。然后它递归地调用自己来构建左子树和右子树,并将它们作为左子树和右子树返回。`_choose_split`方法选择最佳分裂特征和最佳分裂阈值。它首先随机选择一些特征子集,然后在这些特征中选择最佳分裂特征和最佳分裂阈值。`_information_gain`方法计算信息增益,`_entropy`方法计算熵。`_make_leaf`方法创建一个叶节点。`_predict_one`方法对单个样本进行预测。

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