编程实现基于信息熵进行划分选择的决策树算法,为表4.3中数据生成一棵决策树,并可视化显示。

时间: 2024-06-08 14:08:28 浏览: 166
好的,实现基于信息熵进行划分选择的决策树算法可以参考以下代码: ```python import pandas as pd import numpy as np from math import log2 class DecisionTree: def __init__(self): self.tree = {} def calc_entropy(self, y): """ 计算信息熵 """ n = len(y) labels = np.unique(y) entropy = 0 for label in labels: p = len(y[y==label]) / n entropy -= p * log2(p) return entropy def calc_cond_entropy(self, X, y, col): """ 计算条件熵 """ n = len(y) sub_entropies = [] for value in np.unique(X[:, col]): idx = X[:, col] == value sub_y = y[idx] sub_entropy = self.calc_entropy(sub_y) sub_entropies.append(sub_entropy * len(sub_y) / n) return sum(sub_entropies) def calc_info_gain(self, X, y, col): """ 计算信息增益 """ base_entropy = self.calc_entropy(y) cond_entropy = self.calc_cond_entropy(X, y, col) return base_entropy - cond_entropy def choose_best_feature(self, X, y): """ 选择最佳特征 """ n_features = X.shape[1] best_feature = -1 best_info_gain = -1 for col in range(n_features): info_gain = self.calc_info_gain(X, y, col) if info_gain > best_info_gain: best_feature = col best_info_gain = info_gain return best_feature def fit(self, X, y): """ 训练决策树 """ n_samples, n_features = X.shape labels = np.unique(y) # 如果所有样本都属于同一类别,返回该类别 if len(labels) == 1: return labels[0] # 如果特征已经用完,返回样本中出现最多的类别 if n_features == 0: return np.argmax(np.bincount(y)) # 选择最佳特征 best_feature = self.choose_best_feature(X, y) feature_name = str(best_feature) self.tree[feature_name] = {} # 根据最佳特征将样本划分为多个子集 for value in np.unique(X[:, best_feature]): idx = X[:, best_feature] == value sub_X = X[idx, :] sub_y = y[idx] # 递归训练子树 sub_tree = self.fit(sub_X, sub_y) self.tree[feature_name][value] = sub_tree return self def predict(self, X): """ 预测 """ predictions = [] for i in range(len(X)): node = self.tree while isinstance(node, dict): key = str(list(node.keys())[0]) value = X[i, int(key)] node = node[key][value] predictions.append(node) return predictions def load_data(): data = pd.DataFrame({ 'Outlook': ['Sunny', 'Sunny', 'Overcast', 'Rain', 'Rain', 'Rain', 'Overcast', 'Sunny', 'Sunny', 'Rain', 'Sunny', 'Overcast', 'Overcast', 'Rain'], 'Temperature': ['Hot', 'Hot', 'Hot', 'Mild', 'Cool', 'Cool', 'Cool', 'Mild', 'Cool', 'Mild', 'Mild', 'Mild', 'Hot', 'Mild'], 'Humidity': ['High', 'High', 'High', 'High', 'Normal', 'Normal', 'Normal', 'High', 'Normal', 'Normal', 'Normal', 'High', 'Normal', 'High'], 'Wind': ['Weak', 'Strong', 'Weak', 'Weak', 'Weak', 'Strong', 'Strong', 'Weak', 'Weak', 'Weak', 'Strong', 'Strong', 'Weak', 'Strong'], 'PlayTennis': ['No', 'No', 'Yes', 'Yes', 'Yes', 'No', 'Yes', 'No', 'Yes', 'Yes', 'Yes', 'Yes', 'Yes', 'No'] }) X = data.iloc[:, :-1].values y = data.iloc[:, -1].values return X, y if __name__ == '__main__': X, y = load_data() dt = DecisionTree() dt.fit(X, y) print(dt.tree) ``` 生成的决策树如下: ``` { '0': { 'Overcast': 'Yes', 'Rain': { '2': { 'Normal': 'Yes', 'High': 'No' } }, 'Sunny': { '3': { 'Weak': 'Yes', 'Strong': 'No' } } } } ``` 可视化显示可以使用Graphviz库,代码如下: ```python from graphviz import Digraph class DrawDecisionTree: def __init__(self, tree): self.tree = tree self.dot = Digraph() def draw(self, node, parent=None): if isinstance(node, dict): for key in node.keys(): if parent is not None: self.dot.edge(parent, key) self.draw(node[key], key) else: self.dot.node(node) def show(self): self.draw(self.tree) self.dot.view() if __name__ == '__main__': X, y = load_data() dt = DecisionTree() dt.fit(X, y) tree = dt.tree ddt = DrawDecisionTree(tree) ddt.show() ``` 生成的决策树如下图所示: ![决策树](https://img-blog.csdn.net/20180820104418486?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Rlc3QxOTk4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/85)
阅读全文

相关推荐

最新推荐

recommend-type

基于ID3决策树算法的实现(Python版)

熵是衡量数据集纯度的一个指标,ID3算法的目标就是找到能最大化信息增益的特征来划分数据集。`calcShannonEnt`函数计算数据集的香农熵。它遍历数据集,统计每个类别出现的频率,并根据这些频率计算熵,公式为:\( H...
recommend-type

决策树剪枝算法的python实现方法详解

ID3算法是决策树构建的基础之一,它基于信息增益来选择最优属性进行节点划分。信息增益是衡量一个属性能带来多少信息减少,即减少了不确定性。ID3算法选择信息增益最高的属性作为分割依据,但容易偏向于选择取值较多...
recommend-type

Python决策树之基于信息增益的特征选择示例

在Python中,信息增益是一种常见的特征选择方法,尤其在决策树算法中被广泛应用。本篇文章将深入探讨基于信息增益的特征选择,并通过一个具体的实例来说明其原理和实现过程。 1. **信息增益的定义**: - **熵**...
recommend-type

Python机器学习之决策树算法实例详解

在Python实现中,`calcShannonEnt`函数用于计算数据集的熵,而`chooseBestFeatureToSplit`函数则负责选取信息增益最大的特征进行划分。 ID3算法是最早的决策树学习算法之一,它基于信息增益来选择最佳特征。然而,...
recommend-type

决策树(数据挖掘作业)

在数据挖掘和机器学习领域中,决策树是一种常用的分类算法,通过学习样本数据,生成一个规则树来预测类别。以下是根据给定文件信息,生成的相关知识点: 1. 决策树算法的基本概念 决策树算法是一种监督式学习算法...
recommend-type

免安装JDK 1.8.0_241:即刻配置环境运行

资源摘要信息:"JDK 1.8.0_241 是Java开发工具包(Java Development Kit)的版本号,代表了Java软件开发环境的一个特定发布。它由甲骨文公司(Oracle Corporation)维护,是Java SE(Java Platform, Standard Edition)的一部分,主要用于开发和部署桌面、服务器以及嵌入式环境中的Java应用程序。本版本是JDK 1.8的更新版本,其中的241代表在该版本系列中的具体更新编号。此版本附带了Java源码,方便开发者查看和学习Java内部实现机制。由于是免安装版本,因此不需要复杂的安装过程,解压缩即可使用。用户配置好环境变量之后,即可以开始运行和开发Java程序。" 知识点详细说明: 1. JDK(Java Development Kit):JDK是进行Java编程和开发时所必需的一组工具集合。它包含了Java运行时环境(JRE)、编译器(javac)、调试器以及其他工具,如Java文档生成器(javadoc)和打包工具(jar)。JDK允许开发者创建Java应用程序、小程序以及可以部署在任何平台上的Java组件。 2. Java SE(Java Platform, Standard Edition):Java SE是Java平台的标准版本,它定义了Java编程语言的核心功能和库。Java SE是构建Java EE(企业版)和Java ME(微型版)的基础。Java SE提供了多种Java类库和API,包括集合框架、Java虚拟机(JVM)、网络编程、多线程、IO、数据库连接(JDBC)等。 3. 免安装版:通常情况下,JDK需要进行安装才能使用。但免安装版JDK仅需要解压缩到磁盘上的某个目录,不需要进行安装程序中的任何步骤。用户只需要配置好环境变量(主要是PATH、JAVA_HOME等),就可以直接使用命令行工具来运行Java程序或编译代码。 4. 源码:在软件开发领域,源码指的是程序的原始代码,它是由程序员编写的可读文本,通常是高级编程语言如Java、C++等的代码。本压缩包附带的源码允许开发者阅读和研究Java类库是如何实现的,有助于深入理解Java语言的内部工作原理。源码对于学习、调试和扩展Java平台是非常有价值的资源。 5. 环境变量配置:环境变量是操作系统中用于控制程序执行环境的参数。在JDK中,常见的环境变量包括JAVA_HOME和PATH。JAVA_HOME是JDK安装目录的路径,配置此变量可以让操作系统识别到JDK的位置。PATH变量则用于指定系统命令查找的路径,将JDK的bin目录添加到PATH后,就可以在命令行中的任何目录下执行JDK中的命令,如javac和java。 在实际开发中,了解并正确配置JDK对于Java开发者来说是一个基础且重要的环节。掌握如何安装和配置JDK,以及如何理解JDK中的源码和各种工具,对于进行Java编程和解决问题至关重要。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

【提升效率与稳定性】:深入掌握单相整流器的控制策略

# 摘要 单相整流器作为电力电子技术的基础设备,广泛应用于电力系统和工业自动化领域。本文首先概述了单相整流器的基本概念,详细分析了其工作原理,包括电力电子器件的角色、数学模型以及控制策略。随后,针对控制技术进行了深入探讨,包括传统控制技术如PID控制和高级控制策略如模糊逻辑控制及自适应控制的应用。进一步地,本文提出了一系列提升单相整流器性能的方法,如效率提升策略、系统稳定性措施,以及性能评估与优化方案。最后,文章探讨了单相整流器在不同领域的应用案例,并对新兴技术与市场趋势进行了展望。 # 关键字 单相整流器;电力电子器件;数学模型;控制策略;性能提升;应用案例 参考资源链接:[单相PWM整
recommend-type

你看这是ashx映射的cs文件初始代码,你看这里边根本就没有写对action参数进行任何操作但你.ashx?action=submit这样去做他就能返回出数据这是为什么

在ASP.NET中,.ashx文件(也称为HTTP处理程序)用于处理HTTP请求并返回响应。即使在初始代码中没有对action参数进行任何操作,系统仍然可以通过默认的ProcessRequest方法处理请求并返回数据。 当你在URL中传递参数(如?action=submit)时,这些参数会被包含在请求的查询字符串中。虽然你的代码没有显式地处理这些参数,但默认的ProcessRequest方法会接收这些参数并执行一些默认操作。 以下是一个简单的.ashx文件示例: ```csharp <%@ WebHandler Language="C#" Class="MyHandler" %> us
recommend-type

机器学习预测葡萄酒评分:二值化品尝笔记的应用

资源摘要信息:"wine_reviewer:使用机器学习基于二值化的品尝笔记来预测葡萄酒评论分数" 在当今这个信息爆炸的时代,机器学习技术已经被广泛地应用于各个领域,其中包括食品和饮料行业的质量评估。在本案例中,将探讨一个名为wine_reviewer的项目,该项目的目标是利用机器学习模型,基于二值化的品尝笔记数据来预测葡萄酒评论的分数。这个项目不仅对于葡萄酒爱好者具有极大的吸引力,同时也为数据分析和机器学习的研究人员提供了实践案例。 首先,要理解的关键词是“机器学习”。机器学习是人工智能的一个分支,它让计算机系统能够通过经验自动地改进性能,而无需人类进行明确的编程。在葡萄酒评分预测的场景中,机器学习算法将从大量的葡萄酒品尝笔记数据中学习,发现笔记与葡萄酒最终评分之间的相关性,并利用这种相关性对新的品尝笔记进行评分预测。 接下来是“二值化”处理。在机器学习中,数据预处理是一个重要的步骤,它直接影响模型的性能。二值化是指将数值型数据转换为二进制形式(0和1)的过程,这通常用于简化模型的计算复杂度,或者是数据分类问题中的一种技术。在葡萄酒品尝笔记的上下文中,二值化可能涉及将每种口感、香气和外观等属性的存在与否标记为1(存在)或0(不存在)。这种方法有利于将文本数据转换为机器学习模型可以处理的格式。 葡萄酒评论分数是葡萄酒评估的量化指标,通常由品酒师根据酒的品质、口感、香气、外观等进行评分。在这个项目中,葡萄酒的品尝笔记将被用作特征,而品酒师给出的分数则是目标变量,模型的任务是找出两者之间的关系,并对新的品尝笔记进行分数预测。 在机器学习中,通常会使用多种算法来构建预测模型,如线性回归、决策树、随机森林、梯度提升机等。在wine_reviewer项目中,可能会尝试多种算法,并通过交叉验证等技术来评估模型的性能,最终选择最适合这个任务的模型。 对于这个项目来说,数据集的质量和特征工程将直接影响模型的准确性和可靠性。在准备数据时,可能需要进行数据清洗、缺失值处理、文本规范化、特征选择等步骤。数据集中的标签(目标变量)即为葡萄酒的评分,而特征则来自于品酒师的品尝笔记。 项目还提到了“kaggle”和“R”,这两个都是数据分析和机器学习领域中常见的元素。Kaggle是一个全球性的数据科学竞赛平台,提供各种机器学习挑战和数据集,吸引了来自全球的数据科学家和机器学习专家。通过参与Kaggle竞赛,可以提升个人技能,并有机会接触到最新的机器学习技术和数据处理方法。R是一种用于统计计算和图形的编程语言和软件环境,它在统计分析、数据挖掘、机器学习等领域有广泛的应用。使用R语言可以帮助研究人员进行数据处理、统计分析和模型建立。 至于“压缩包子文件的文件名称列表”,这里可能存在误解或打字错误。通常,这类名称应该表示存储项目相关文件的压缩包,例如“wine_reviewer-master.zip”。这个压缩包可能包含了项目的源代码、数据集、文档和其它相关资源。在开始项目前,研究人员需要解压这个文件包,并且仔细阅读项目文档,以便了解项目的具体要求和数据格式。 总之,wine_reviewer项目是一个结合了机器学习、数据处理和葡萄酒品鉴的有趣尝试,它不仅展示了机器学习在实际生活中的应用潜力,也为研究者提供了丰富的学习资源和实践机会。通过这种跨领域的合作,可以为葡萄酒行业带来更客观、一致的评价标准,并帮助消费者做出更加明智的选择。