分类分析(CART算法)java实现

时间: 2023-11-10 07:06:43 浏览: 46
CART(Classification and Regression Trees)算法是一种决策树分类算法,适用于离散和连续型特征。下面是一个简单的CART算法的Java实现示例: ```java import java.util.*; public class CARTAlgorithm { private static final int MAX_DEPTH = 10; private static final int MIN_SIZE = 1; private static class Node { private int featureIndex; private double splitValue; private Object classification; private Node left, right; public Node(int featureIndex, double splitValue, Object classification) { this.featureIndex = featureIndex; this.splitValue = splitValue; this.classification = classification; left = null; right = null; } public Node(Object classification) { this.classification = classification; left = null; right = null; } public boolean isLeaf() { return left == null && right == null; } } public static Node buildTree(List<double[]> data, Set<Object> classifications) { return buildTree(data, classifications, 0); } private static Node buildTree(List<double[]> data, Set<Object> classifications, int depth) { if (depth > MAX_DEPTH || data.size() <= MIN_SIZE) { return new Node(getMostCommonClassification(data, classifications)); } int featureIndex = 0; double splitValue = 0; double lowestMSE = Double.POSITIVE_INFINITY; List<List<double[]>> splitData = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < data.get(0).length - 1; i++) { List<double[]> sortedData = new ArrayList<>(data); sortedData.sort(Comparator.comparingDouble(a -> a[i])); for (int j = 1; j < sortedData.size(); j++) { List<double[]> leftData = sortedData.subList(0, j); List<double[]> rightData = sortedData.subList(j, sortedData.size()); double mse = getMSE(leftData, rightData); if (mse < lowestMSE) { featureIndex = i; splitValue = (sortedData.get(j - 1)[i] + sortedData.get(j)[i]) / 2.0; lowestMSE = mse; splitData.clear(); splitData.add(leftData); splitData.add(rightData); } } } Node node = new Node(featureIndex, splitValue, null); node.left = buildTree(splitData.get(0), classifications, depth + 1); node.right = buildTree(splitData.get(1), classifications, depth + 1); return node; } private static double getMSE(List<double[]> leftData, List<double[]> rightData) { Object leftClassification = getMostCommonClassification(leftData, new HashSet<>()); Object rightClassification = getMostCommonClassification(rightData, new HashSet<>()); double leftMSE = 0; double rightMSE = 0; for (double[] data : leftData) { leftMSE += Math.pow(data[data.length - 1] - (double) leftClassification, 2); } for (double[] data : rightData) { rightMSE += Math.pow(data[data.length - 1] - (double) rightClassification, 2); } return leftMSE + rightMSE; } private static Object getMostCommonClassification(List<double[]> data, Set<Object> classifications) { Map<Object, Integer> counts = new HashMap<>(); for (double[] datum : data) { Object classification = datum[datum.length - 1]; if (!classifications.contains(classification)) { classifications.add(classification); } counts.put(classification, counts.getOrDefault(classification, 0) + 1); } Object mostCommonClassification = null; int highestCount = Integer.MIN_VALUE; for (Map.Entry<Object, Integer> entry : counts.entrySet()) { if (entry.getValue() > highestCount) { mostCommonClassification = entry.getKey(); highestCount = entry.getValue(); } } return mostCommonClassification; } public static Object predict(Node root, double[] data) { while (!root.isLeaf()) { if (data[root.featureIndex] < root.splitValue) { root = root.left; } else { root = root.right; } } return root.classification; } } ``` 在这个示例中,我们首先定义了一个节点类,用于表示决策树中的节点。节点可以是叶节点,也可以是内部节点。内部节点包括一个特征索引和一个分割值,用于将数据划分成左右子树。叶节点包括一个分类值。 然后我们定义了一个`buildTree`方法,用于构建决策树。该方法采用递归的方式,根据数据集和分类集合构建节点。在每个节点,我们计算每个特征的最佳分割点,并为其创建一个内部节点。然后我们将数据集分成左右子集,继续构建子树。如果树的深度超过了最大深度或者数据集大小小于等于最小大小,则创建一个叶节点并返回。 我们还定义了一个`predict`方法,用于根据构建的决策树预测新的数据。该方法遍历树并返回叶节点的分类值。 最后,我们使用一些辅助方法来计算节点的最佳分割点、最常见的分类值等。这些方法包括计算均方误差(MSE)、计算出现次数最多的分类值等。 请注意,这只是一个简单的CART算法的示例。实际上,CART算法的实现要复杂得多,并且需要考虑许多细节,例如如何处理缺失值、如何处理连续型特征等。

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