id3决策树python实现

时间: 2024-04-19 12:21:46 浏览: 86
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python实现ID3决策树

ID3决策树是一种经典的机器学习算法,用于分类问题。下面是ID3决策树的Python实现的基本步骤: 1. 数据准备:首先,需要准备一个包含特征和标签的数据集。特征可以是离散值或连续值,标签是分类的结果。 2. 计算信息增益:使用信息增益来选择最佳的特征作为当前节点的划分依据。信息增益表示在已知某个特征的情况下,对分类结果的不确定性减少程度。 3. 构建决策树:根据信息增益选择最佳特征后,将该特征作为当前节点的划分依据,并根据该特征的取值创建子节点。递归地对每个子节点进行上述步骤,直到满足终止条件(如所有样本属于同一类别或没有更多特征可供选择)。 4. 预测:使用构建好的决策树对新样本进行分类预测。 下面是一个简单的ID3决策树的Python实现示例: ```python import numpy as np def calc_entropy(labels): # 计算标签的熵 unique_labels, counts = np.unique(labels, return_counts=True) probabilities = counts / len(labels) entropy = -np.sum(probabilities * np.log2(probabilities)) return entropy def calc_information_gain(data, labels, feature_index): # 计算特征的信息增益 feature_values = np.unique(data[:, feature_index]) entropy = calc_entropy(labels) new_entropy = 0 for value in feature_values: subset_labels = labels[data[:, feature_index] == value] subset_entropy = calc_entropy(subset_labels) subset_probability = len(subset_labels) / len(labels) new_entropy += subset_probability * subset_entropy information_gain = entropy - new_entropy return information_gain def create_decision_tree(data, labels, features): # 创建决策树 if len(np.unique(labels)) == 1: # 如果所有样本属于同一类别,则返回该类别作为叶节点 return labels if len(features) == 0: # 如果没有更多特征可供选择,则返回样本中最多的类别作为叶节点 unique_labels, counts = np.unique(labels, return_counts=True) return unique_labels[np.argmax(counts)] best_feature_index = np.argmax([calc_information_gain(data, labels, i) for i in range(len(features))]) best_feature = features[best_feature_index] decision_tree = {best_feature: {}} feature_values = np.unique(data[:, best_feature_index]) for value in feature_values: subset_data = data[data[:, best_feature_index] == value] subset_labels = labels[data[:, best_feature_index] == value] subset_features = features.copy() subset_features.remove(best_feature) decision_tree[best_feature][value] = create_decision_tree(subset_data, subset_labels, subset_features) return decision_tree def predict(decision_tree, sample): # 使用决策树进行预测 if isinstance(decision_tree, str): return decision_tree feature = list(decision_tree.keys()) value = sample[feature] subtree = decision_tree[feature][value] return predict(subtree, sample) # 示例用法 data = np.array([[1, 'S', 'M'], [1, 'M', 'M'], [1, 'M', 'L'], [1, 'S', 'L'], [1, 'S', 'M'], [2, 'S', 'M'], [2, 'M', 'M'], [2, 'M', 'L'], [2, 'L', 'L'], [2, 'L', 'L'], [3, 'L', 'L'], [3, 'M', 'L'], [3, 'M', 'M'], [3, 'L', 'M'], [3, 'L', 'L']]) labels = np.array(['N', 'N', 'Y', 'Y', 'N', 'N', 'N', 'Y', 'Y', 'Y', 'Y', 'Y', 'Y', 'Y', 'N']) features = ['age', 'income', 'student'] decision_tree = create_decision_tree(data, labels, features) sample = {'age': 2, 'income': 'M', 'student': 'M'} prediction = predict(decision_tree, sample) print("预测结果:", prediction) ```
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