实现C4.5算法,验证算法的正确性,并将算法应用于C:/Users/Administrator/Desktop/Bank-data

时间: 2023-12-31 16:04:27 浏览: 28
C4.5算法是一种常用的决策树算法,用于分类和预测。具体实现步骤如下: 1. 数据预处理:将数据集按照一定比例分为训练集和测试集,并将数据离散化。 2. 特征选择:计算每个特征的信息增益或信息增益比,选择信息增益或信息增益比最大的特征作为划分属性。 3. 决策树生成:以选定的划分属性作为根节点,将数据集分为多个子集,并递归生成子树。 4. 决策树剪枝:通过预测错误率进行剪枝,得到最终的决策树。 下面是Python实现C4.5算法的代码: ```python import numpy as np import pandas as pd from math import log # 定义节点类 class Node: def __init__(self, feature, label): self.feature = feature # 划分属性 self.label = label # 叶节点类别 self.child = {} # 子节点字典 # 计算信息熵 def cal_entropy(data): n = len(data) label_count = {} for i in range(n): label = data[i][-1] if label not in label_count.keys(): label_count[label] = 0 label_count[label] += 1 entropy = 0.0 for key in label_count: p = float(label_count[key]) / n entropy -= p * log(p, 2) return entropy # 计算信息增益 def cal_info_gain(data, feature): n = len(data) feature_count = {} for i in range(n): value = data[i][feature] if value not in feature_count.keys(): feature_count[value] = 0 feature_count[value] += 1 feature_entropy = 0.0 for key in feature_count: p = float(feature_count[key]) / n sub_data = [example for example in data if example[feature] == key] feature_entropy += p * cal_entropy(sub_data) info_gain = cal_entropy(data) - feature_entropy return info_gain # 计算信息增益比 def cal_info_gain_ratio(data, feature): n = len(data) feature_count = {} for i in range(n): value = data[i][feature] if value not in feature_count.keys(): feature_count[value] = 0 feature_count[value] += 1 feature_entropy = 0.0 split_info = 0.0 for key in feature_count: p = float(feature_count[key]) / n sub_data = [example for example in data if example[feature] == key] feature_entropy += p * cal_entropy(sub_data) split_info -= p * log(p, 2) if split_info == 0: return 0 info_gain_ratio = (cal_entropy(data) - feature_entropy) / split_info return info_gain_ratio # 选择最优划分属性 def choose_best_feature(data, feature_list, algorithm='ID3'): best_feature = -1 best_gain = 0.0 for i in feature_list: if algorithm == 'ID3': info_gain = cal_info_gain(data, i) elif algorithm == 'C4.5': info_gain = cal_info_gain_ratio(data, i) if info_gain > best_gain: best_gain = info_gain best_feature = i return best_feature # 划分数据集 def split_data(data, feature): sub_data = [] for example in data: if example[feature] == key: reduced_example = example[:feature] reduced_example.extend(example[feature+1:]) sub_data.append(reduced_example) return sub_data # 构建决策树 def create_tree(data, feature_list, algorithm='ID3'): label_list = [example[-1] for example in data] # 如果数据集中所有实例属于同一类别,则返回单节点树 if label_list.count(label_list[0]) == len(label_list): return Node(None, label_list[0]) # 如果特征集为空,则返回单节点树,其中类别为数据集中实例数最多的类别 if len(feature_list) == 0: label_count = {} for i in range(len(label_list)): if label_list[i] not in label_count.keys(): label_count[label_list[i]] = 0 label_count[label_list[i]] += 1 max_count = 0 for key in label_count: if label_count[key] > max_count: max_count = label_count[key] max_label = key return Node(None, max_label) # 选择最优划分属性 best_feature = choose_best_feature(data, feature_list, algorithm) # 如果最优划分属性的信息增益或信息增益比小于阈值,则返回单节点树,其中类别为数据集中实例数最多的类别 if best_feature == -1: label_count = {} for i in range(len(label_list)): if label_list[i] not in label_count.keys(): label_count[label_list[i]] = 0 label_count[label_list[i]] += 1 max_count = 0 for key in label_count: if label_count[key] > max_count: max_count = label_count[key] max_label = key return Node(None, max_label) # 构建子树 feature_list.remove(best_feature) node = Node(best_feature, None) feature_values = [example[best_feature] for example in data] unique_values = set(feature_values) for value in unique_values: sub_data = split_data(data, best_feature, value) sub_feature_list = feature_list[:] node.child[value] = create_tree(sub_data, sub_feature_list, algorithm) return node # 决策树分类 def classify(tree, feature_labels, test_data): first_str = list(tree.child.keys())[0] second_dict = tree.child[first_str] feature_index = feature_labels.index(tree.feature) for key in second_dict.keys(): if test_data[feature_index] == key: if type(second_dict[key]).__name__ == 'Node': class_label = classify(second_dict[key], feature_labels, test_data) else: class_label = second_dict[key] return class_label # 计算预测错误率 def cal_error_rate(tree, feature_labels, test_data_set): error_count = 0 for test_data in test_data_set: if classify(tree, feature_labels, test_data) != test_data[-1]: error_count += 1 error_rate = float(error_count) / len(test_data_set) return error_rate # 主函数 if __name__ == '__main__': # 读取数据 data = pd.read_csv('C:/Users/Administrator/Desktop/Bank-data.csv') # 数据预处理 data = data.dropna() # 去掉缺失值 data = data.sample(frac=1).reset_index(drop=True) # 随机打乱数据集 n = len(data) m = len(data.columns) - 1 train_data = data[:int(0.7*n)] test_data = data[int(0.7*n):] train_data_set = train_data.values.tolist() test_data_set = test_data.values.tolist() # 特征选择 feature_list = list(range(m)) # 构建决策树 algorithm = 'C4.5' tree = create_tree(train_data_set, feature_list, algorithm) # 输出决策树 print(tree) # 预测测试集并计算错误率 feature_labels = list(data.columns[:-1]) error_rate = cal_error_rate(tree, feature_labels, test_data_set) print('错误率:', error_rate) ``` 以上代码中,我们以银行客户数据集为例,利用C4.5算法构建决策树,并对模型进行测试并计算错误率。

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