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

时间: 2024-05-01 16:17:25 浏览: 10
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。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

QT5开发及实例配套源代码.zip

QT5开发及实例配套[源代码],Qt是诺基亚公司的C++可视化开发平台,本书以Qt 5作为平台,每个章节在简单介绍开发环境的基础上,用一个小实例,介绍Qt 5应用程序开发各个方面,然后系统介绍Qt 5应用程序的开发技术,一般均通过实例介绍和讲解内容。最后通过三个大实例,系统介绍Qt 5综合应用开发。光盘中包含本书教学课件和书中所有实例源代码及其相关文件。通过学习本书,结合实例上机练习,一般能够在比较短的时间内掌握Qt 5应用技术。本书既可作为Qt 5的学习和参考用书,也可作为大学教材或Qt 5培训用书。
recommend-type

grpcio-1.46.3-cp37-cp37m-musllinux_1_1_i686.whl

Python库是一组预先编写的代码模块,旨在帮助开发者实现特定的编程任务,无需从零开始编写代码。这些库可以包括各种功能,如数学运算、文件操作、数据分析和网络编程等。Python社区提供了大量的第三方库,如NumPy、Pandas和Requests,极大地丰富了Python的应用领域,从数据科学到Web开发。Python库的丰富性是Python成为最受欢迎的编程语言之一的关键原因之一。这些库不仅为初学者提供了快速入门的途径,而且为经验丰富的开发者提供了强大的工具,以高效率、高质量地完成复杂任务。例如,Matplotlib和Seaborn库在数据可视化领域内非常受欢迎,它们提供了广泛的工具和技术,可以创建高度定制化的图表和图形,帮助数据科学家和分析师在数据探索和结果展示中更有效地传达信息。
recommend-type

大学生毕业答辨ppt免费模板【不要积分】下载可编辑可用(138).zip

大学生毕业答辨ppt免费模板【不要积分】下载可编辑可用(138).zip
recommend-type

Eclipse的C/C++自动补全插件org.eclipse.cdt.ui-7.3.100.202111091601

Eclipse的C/C++自动补全插件,制作参考:https://blog.csdn.net/kingfox/article/details/104121203?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~BlogCommendFromBaidu~Rate-1-104121203-blog-117118786.235%5Ev43%5Epc_blog_bottom_relevance_base1&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~BlogCommendFromBaidu~Rate-1-104121203-blog-117118786.235%5Ev43%5Epc_blog_bottom_relevance_base1&utm_relevant_index=2
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

MATLAB柱状图在信号处理中的应用:可视化信号特征和频谱分析

![matlab画柱状图](https://img-blog.csdnimg.cn/3f32348f1c9c4481a6f5931993732f97.png) # 1. MATLAB柱状图概述** MATLAB柱状图是一种图形化工具,用于可视化数据中不同类别或组的分布情况。它通过绘制垂直条形来表示每个类别或组中的数据值。柱状图在信号处理中广泛用于可视化信号特征和进行频谱分析。 柱状图的优点在于其简单易懂,能够直观地展示数据分布。在信号处理中,柱状图可以帮助工程师识别信号中的模式、趋势和异常情况,从而为信号分析和处理提供有价值的见解。 # 2. 柱状图在信号处理中的应用 柱状图在信号处理
recommend-type

用Spring boot和vue写一个登录注册界面

好的,这是一个比较常见的技术问题,我可以为您提供一些参考资料和思路。首先,您可以使用Spring Boot作为后端框架来处理用户认证和注册的逻辑,比如使用Spring Security实现用户登录认证。同时,您还需要设计相应的数据模型和数据库表结构来存储用户信息。在前端方面,您可以使用Vue.js作为框架来构建登录注册页面,使用Axios来发起API请求并和后端进行交互。当然,在实现过程中,还需要考虑一些具体细节,比如数据校验、安全性和用户体验等方面。希望这些信息能够帮助到您。
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。
recommend-type

"互动学习:行动中的多样性与论文攻读经历"

多样性她- 事实上SCI NCES你的时间表ECOLEDO C Tora SC和NCESPOUR l’Ingén学习互动,互动学习以行动为中心的强化学习学会互动,互动学习,以行动为中心的强化学习计算机科学博士论文于2021年9月28日在Villeneuve d'Asq公开支持马修·瑟林评审团主席法布里斯·勒菲弗尔阿维尼翁大学教授论文指导奥利维尔·皮耶昆谷歌研究教授:智囊团论文联合主任菲利普·普雷教授,大学。里尔/CRISTAL/因里亚报告员奥利维耶·西格德索邦大学报告员卢多维奇·德诺耶教授,Facebook /索邦大学审查员越南圣迈IMT Atlantic高级讲师邀请弗洛里安·斯特鲁布博士,Deepmind对于那些及时看到自己错误的人...3谢谢你首先,我要感谢我的两位博士生导师Olivier和Philippe。奥利维尔,"站在巨人的肩膀上"这句话对你来说完全有意义了。从科学上讲,你知道在这篇论文的(许多)错误中,你是我可以依