c45决策树算法python实现

时间: 2023-07-20 21:10:44 浏览: 53
下面是一个简单的C4.5决策树算法的Python实现,仅供参考: ```python import math import pandas as pd class C45DecisionTree: def __init__(self, epsilon=0.1): self.epsilon = epsilon def fit(self, X, y): self.decision_tree = self._build_tree(X, y) def predict(self, X): return [self._predict_one(row, self.decision_tree) for _, row in X.iterrows()] def _build_tree(self, X, y): # 如果所有的样本属于同一个类别,返回该类别作为叶子节点 if len(set(y)) == 1: return {'label': y[0]} # 如果没有特征可用,则返回样本中出现最多的类别作为叶子节点 if len(X.columns) == 0: return {'label': y.value_counts().idxmax()} # 计算每个特征的信息增益比 gains = [] for col in X.columns: gain = self._information_gain_ratio(X[col], y) gains.append((col, gain)) # 找到信息增益比最大的特征 best_feature, best_gain = max(gains, key=lambda x: x[1]) # 如果信息增益比小于阈值,返回样本中出现最多的类别作为叶子节点 if best_gain < self.epsilon: return {'label': y.value_counts().idxmax()} # 构建树 decision_tree = {'feature': best_feature} for value in set(X[best_feature]): X_sub = X[X[best_feature] == value].drop(best_feature, axis=1) y_sub = y[X[best_feature] == value] decision_tree[value] = self._build_tree(X_sub, y_sub) return decision_tree def _predict_one(self, row, tree): if 'label' in tree: return tree['label'] else: value = row[tree['feature']] sub_tree = tree[value] return self._predict_one(row, sub_tree) def _entropy(self, y): value_counts = y.value_counts() probabilities = value_counts / len(y) return -sum(probabilities * probabilities.apply(math.log2)) def _information_gain_ratio(self, X, y): # 计算信息增益 info_gain = self._entropy(y) - self._conditional_entropy(X, y) # 计算分裂信息 split_info = -((X.value_counts() / len(X)).apply(math.log2) * (X.value_counts() / len(X))).sum() # 计算信息增益比 if split_info == 0: return 0 else: return info_gain / split_info def _conditional_entropy(self, X, y): value_counts = X.value_counts() probabilities = value_counts / len(X) conditional_entropy = 0 for value in set(X): y_sub = y[X == value] conditional_entropy += probabilities[value] * self._entropy(y_sub) return conditional_entropy ``` 这个实现使用了Pandas数据框架来处理数据。其中,`X`是一个`DataFrame`对象,表示特征矩阵;`y`是一个`Series`对象,表示标签向量。`fit`方法用于训练模型,`predict`方法用于预测新的样本。在内部,`_build_tree`方法用于递归地构建决策树;`_predict_one`方法用于递归地预测单个样本。`_entropy`方法用于计算熵;`_information_gain_ratio`方法用于计算信息增益比;`_conditional_entropy`方法用于计算条件熵。

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