用python写决策树算法

时间: 2023-09-30 16:03:41 浏览: 51
决策树算法是一种非常常用的机器学习算法,可以用于分类和回归问题。下面是一个用Python语言实现决策树算法的示例代码。 首先,我们需要定义一个节点类,用于存储决策树的节点信息。 ```python class Node: def __init__(self, feature=None, threshold=None, left=None, right=None, value=None): self.feature = feature self.threshold = threshold self.left = left self.right = right self.value = value ``` 其中,feature表示该节点选择的特征,threshold表示该特征的阈值,left和right分别表示该节点的左右子树,value表示该节点的值(用于叶子节点)。 然后,我们需要定义一个决策树类,用于实现决策树算法。 ```python class DecisionTree: def __init__(self, max_depth=None): self.max_depth = max_depth self.root = None def fit(self, X, y): self.root = self._build_tree(X, y) def predict(self, X): return [self._predict(inputs) for inputs in X] def _build_tree(self, X, y, depth=0): n_samples, n_features = X.shape n_labels = len(set(y)) if (self.max_depth is not None and depth >= self.max_depth) or n_labels == 1 or n_samples < 2: leaf_value = self._majority_vote(y) return Node(value=leaf_value) feature_indices = np.random.choice(n_features, int(np.sqrt(n_features)), replace=False) best_feature, best_threshold = self._best_criteria(X, y, feature_indices) left_indices, right_indices = self._split(X[:, best_feature], best_threshold) left = self._build_tree(X[left_indices, :], y[left_indices], depth+1) right = self._build_tree(X[right_indices, :], y[right_indices], depth+1) return Node(best_feature, best_threshold, left, right) def _best_criteria(self, X, y, feature_indices): best_gain = -1 split_idx, split_threshold = None, None for feature_index in feature_indices: X_column = X[:, feature_index] thresholds = np.unique(X_column) for threshold in thresholds: gain = self._information_gain(y, X_column, threshold) if gain > best_gain: best_gain = gain split_idx = feature_index split_threshold = threshold return split_idx, split_threshold def _split(self, X_column, threshold): left = np.argwhere(X_column <= threshold).flatten() right = np.argwhere(X_column > threshold).flatten() return left, right def _information_gain(self, y, X_column, split_threshold): parent_entropy = self._entropy(y) left_indices, right_indices = self._split(X_column, split_threshold) if len(left_indices) == 0 or len(right_indices) == 0: return 0 n = len(y) n_l, n_r = len(left_indices), len(right_indices) e_l, e_r = self._entropy(y[left_indices]), self._entropy(y[right_indices]) child_entropy = (n_l / n) * e_l + (n_r / n) * e_r ig = parent_entropy - child_entropy return ig def _entropy(self, y): hist = np.bincount(y) ps = hist / np.sum(hist) return -np.sum([p * np.log2(p) for p in ps if p > 0]) def _majority_vote(self, y): most_common = np.bincount(y).argmax() return most_common def _predict(self, inputs): node = self.root while node.left: if inputs[node.feature] <= node.threshold: node = node.left else: node = node.right return node.value ``` 其中,fit方法用于训练决策树,predict方法用于预测,_build_tree方法用于构建决策树。_best_criteria方法用于计算最佳分裂特征和阈值,_split方法用于根据特征和阈值分裂数据集,_information_gain方法用于计算信息增益,_entropy方法用于计算熵,_majority_vote方法用于计算叶子节点的值,_predict方法用于预测输入数据的类别。 最后,我们可以使用上述代码来训练和预测数据。 ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_iris iris = load_iris() X, y = iris.data, iris.target model = DecisionTree(max_depth=4) model.fit(X, y) y_pred = model.predict(X) accuracy = np.mean(y_pred == y) print("Accuracy:", accuracy) ```

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