Python实现ID3决策树算法。

时间: 2023-11-29 11:44:30 浏览: 122
ID3决策树算法是一种基于信息熵的分类算法,它可以用于解决分类问题。在Python中,我们可以使用scikit-learn库来实现ID3决策树算法。具体实现步骤如下: 1. 导入需要的库和数据集 ```python from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier from sklearn.datasets import load_iris iris = load_iris() X = iris.data y = iris.target ``` 2. 创建决策树分类器 ```python clf = DecisionTreeClassifier(criterion='entropy') ``` 3. 训练模型 ```python clf.fit(X, y) ``` 4. 预测新数据 ```python new_data = [[5.1, 3.5, 1.4, 0.2], [6.2, 3.4, 5.4, 2.3]] print(clf.predict(new_data)) ``` 以上就是使用Python实现ID3决策树算法的基本步骤。需要注意的是,决策树算法容易出现过拟合的情况,因此在实际应用中需要进行适当的调参和剪枝。
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用python实现决策树算法_python实现ID3决策树算法

好的,下面是用 Python 实现 ID3 决策树算法的代码示例: ```python import math from collections import Counter def find_entropy(data): """ 计算数据集的信息熵 """ # 统计数据集中每个类别的样本数 class_counts = Counter(data["label"]) # 计算每个类别样本数占总数的比例 class_probs = [class_count / len(data["label"]) for class_count in class_counts.values()] # 计算信息熵 entropy = sum([-class_prob * math.log(class_prob, 2) for class_prob in class_probs]) return entropy def find_best_split(data, features): """ 找到最佳分裂特征和特征值 """ # 计算数据集的信息熵 entropy = find_entropy(data) # 初始化最佳分裂特征和特征值 best_feature, best_value = None, None # 初始化最小信息增益 min_info_gain = float("inf") # 遍历每个特征 for feature in features: # 找到该特征的所有取值 values = set(data[feature]) # 遍历每个取值 for value in values: # 将数据集分成两部分 left_data = data[data[feature] == value] right_data = data[data[feature] != value] # 如果分裂后的数据集不为空 if len(left_data) > 0 and len(right_data) > 0: # 计算分裂后的信息熵 left_entropy = find_entropy(left_data) right_entropy = find_entropy(right_data) split_entropy = (len(left_data) / len(data)) * left_entropy + (len(right_data) / len(data)) * right_entropy # 计算信息增益 info_gain = entropy - split_entropy # 如果信息增益更大,则更新最佳分裂特征和特征值 if info_gain < min_info_gain: best_feature, best_value = feature, value min_info_gain = info_gain # 返回最佳分裂特征和特征值 return best_feature, best_value def build_tree(data, features): """ 构建决策树 """ # 如果数据集为空,则返回 None if len(data) == 0: return None # 如果数据集中所有样本都属于同一类别,则返回该类别 if len(set(data["label"])) == 1: return data["label"].iloc[0] # 如果没有可用特征,则返回数据集中样本数最多的类别 if len(features) == 0: return Counter(data["label"]).most_common(1)[0][0] # 找到最佳分裂特征和特征值 best_feature, best_value = find_best_split(data, features) # 如果信息增益小于等于 0,则返回数据集中样本数最多的类别 if best_feature is None or best_value is None: return Counter(data["label"]).most_common(1)[0][0] # 创建节点 node = {"feature": best_feature, "value": best_value, "left": None, "right": None} # 将数据集分成两部分 left_data = data[data[best_feature] == best_value] right_data = data[data[best_feature] != best_value] # 递归构建左子树和右子树 node["left"] = build_tree(left_data, [feature for feature in features if feature != best_feature]) node["right"] = build_tree(right_data, [feature for feature in features if feature != best_feature]) # 返回节点 return node ``` 该代码实现了 ID3 决策树算法,其中 `find_entropy` 函数用于计算数据集的信息熵,`find_best_split` 函数用于找到最佳分裂特征和特征值,`build_tree` 函数用于构建决策树。

给出python实现ID3决策树算法的代码,不能调用sklearn库,能够输出决策树的可视化图形

以下是Python实现ID3决策树算法的代码,可以输出决策树的可视化图形,不调用sklearn库: ``` import numpy as np from collections import Counter from math import log2 import matplotlib.pyplot as plt class Node: ''' 决策树节点类 ''' def __init__(self, feature=None, label=None, is_leaf=False, branches={}): ''' 初始化 ''' self.feature = feature # 该节点对应的特征 self.label = label # 该节点对应的标签 self.is_leaf = is_leaf # 是否是叶子节点 self.branches = branches # 子节点 def __str__(self): ''' 以字符串形式返回节点信息 ''' if self.is_leaf: return f'[leaf,label:{self.label}]' else: return f'[internal,feature:{self.feature}]' class DecisionTree: ''' 决策树类 ''' def __init__(self, train_x, train_y, test_x=None, test_y=None, feature_names=None): ''' 初始化 ''' self.train_x = train_x # 训练数据特征集 self.train_y = train_y # 训练数据标签集 self.test_x = test_x # 测试数据特征集 self.test_y = test_y # 测试数据标签集 self.feature_names = feature_names # 特征名称列表 self.root = None # 决策树根节点 def fit(self): ''' 构建决策树 ''' self.root = self.build_tree(self.train_x, self.train_y, feature_names=self.feature_names) def predict(self, x): ''' 预测分类 ''' return self.classify(x, self.root) def build_tree(self, x, y, feature_names): ''' 递归构建决策树 ''' if len(set(y)) == 1: # 如果标签集y只有一个标签,即类别全部相同 return Node(label=y[0], is_leaf=True) elif len(feature_names) == 0: # 如果特征集为空 return Node(label=Counter(y).most_common(1)[0][0], is_leaf=True) else: # 选择最优特征 best_feature = self.choose_best_feature(x, y) # 创建新节点 current_node = Node(feature=best_feature) # 根据最优特征划分数据集,并递归分别构建子树 for value in set(x[:, best_feature]): sub_x, sub_y = self.split_dataset(x, y, best_feature, value) if len(sub_x) == 0: # 如果划分后的数据集为空 leaf_node = Node(label=Counter(y).most_common(1)[0][0], is_leaf=True) current_node.branches[value] = leaf_node else: sub_feature_names = [name for name in feature_names if name != self.feature_names[best_feature]] sub_tree = self.build_tree(sub_x, sub_y, feature_names=sub_feature_names) current_node.branches[value] = sub_tree return current_node def choose_best_feature(self, x, y): ''' 选择最优特征 ''' n_features = x.shape[1] # 计算信息熵 entropy = self.calc_entropy(y) max_ig = 0 # 最大信息增益 best_feature = -1 # 最优特征 for i in range(n_features): # 计算第i个特征的信息增益 sub_x = x[:, i] ig = entropy - self.calc_cond_entropy(sub_x, y) if ig > max_ig: max_ig = ig best_feature = i return best_feature def calc_entropy(self, y): ''' 计算信息熵 ''' n_samples = len(y) counter = Counter(y) probs = [count / n_samples for count in counter.values()] entropy = -sum([prob * log2(prob) for prob in probs]) return entropy def calc_cond_entropy(self, x, y): ''' 计算条件信息熵 ''' n_samples = len(y) cond_entropy = 0 for value in set(x): # 计算特征取值为value的样本权重 weight = sum(x == value) / n_samples sub_y = y[x == value] # 计算条件概率 prob = len(sub_y) / n_samples # 计算条件信息熵 cond_entropy += weight * self.calc_entropy(sub_y) / prob return cond_entropy def split_dataset(self, x, y, feature_idx, value): ''' 划分数据集 ''' sub_x = x[x[:, feature_idx] == value] sub_y = y[x[:, feature_idx] == value] return sub_x, sub_y def classify(self, x, node): ''' 分类 ''' if node.is_leaf: # 如果是叶子节点,返回该节点的标签 return node.label else: # 向下递归分类 value = x[node.feature] sub_tree = node.branches[value] return self.classify(x, sub_tree) def plot(self): ''' 可视化决策树 ''' fig, ax = plt.subplots() self.plot_tree(ax, self.root, None) plt.show() def plot_tree(self, ax, node, parent_pos): ''' 绘制决策树 ''' pos = None if parent_pos is None: # 根节点 pos = (0.5, 1.0) else: # 非根节点 x, y = parent_pos offset = 1 / (2 ** self.depth(node)) if node.feature != parent_node.feature: pos = (parent_pos[0] + offset, parent_pos[1] - 0.1) ax.plot([parent_pos[0], pos[0]], [parent_pos[1], pos[1]], color='r', lw='2') else: pos = (parent_pos[0] - offset, parent_pos[1] - 0.1) ax.plot([parent_pos[0], pos[0]], [parent_pos[1], pos[1]], color='b', lw='2') if node.is_leaf: # 叶子节点 label = node.label ax.text(pos[0], pos[1], label, horizontalalignment='center', verticalalignment='top') else: # 非叶子节点 feature = self.feature_names[node.feature] ax.text(pos[0], pos[1], feature, horizontalalignment='center', verticalalignment='top') for value, sub_node in node.branches.items(): self.plot_tree(ax, sub_node, pos) def depth(self, node): ''' 计算树的深度 ''' if node.is_leaf: return 0 else: return 1 + max([self.depth(sub_node) for value, sub_node in node.branches.items()]) if __name__ == '__main__': # 示例代码 train_x = np.array([ ['sunny', 'hot', 'high', 'weak'], ['sunny', 'hot', 'high', 'strong'], ['overcast', 'hot', 'high', 'weak'], ['rainy', 'mild', 'high', 'weak'], ['rainy', 'cool', 'normal', 'weak'], ['rainy', 'cool', 'normal', 'strong'], ['overcast', 'cool', 'normal', 'strong'], ['sunny', 'mild', 'high', 'weak'], ['sunny', 'cool', 'normal', 'weak'], ['rainy', 'mild', 'normal', 'weak'], ['sunny', 'mild', 'normal', 'strong'], ['overcast', 'mild', 'high', 'strong'], ['overcast', 'hot', 'normal', 'weak'], ['rainy', 'mild', 'high', 'strong'] ]) train_y = np.array(['no', 'no', 'yes', 'yes', 'yes', 'no', 'yes', 'no', 'yes', 'yes', 'yes', 'yes', 'yes', 'no']) feature_names = ['outlook', 'temperature', 'humidity', 'windy'] tree = DecisionTree(train_x, train_y, feature_names=feature_names) tree.fit() tree.plot() ``` 该决策树的可视化图形将会显示在窗口中。
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