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 13:08:28 浏览: 16
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)

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