python实现C4.5算法的代码

时间: 2023-10-12 21:15:10 浏览: 50
以下是一个使用Python实现C4.5算法的简单示例代码: ```python import math from collections import Counter class Node: def __init__(self, feature=None, value=None, results=None, left=None, right=None): self.feature = feature # 划分属性 self.value = value # 划分属性取值 self.results = results # 叶节点的分类结果 self.left = left # 左子节点 self.right = right # 右子节点 class DecisionTree: def __init__(self, epsilon=0.1): self.epsilon = epsilon # 停止划分的阈值 self.tree = None # 决策树的根节点 def fit(self, X, y, features): self.tree = self.build_tree(X, y, features) def build_tree(self, X, y, features): # 如果样本集为空,则返回空节点 if not X: return Node() # 如果样本集中的所有实例属于同一类,则返回叶节点 if len(set(y)) == 1: return Node(results=y[0]) # 如果属性集为空,则返回叶节点,类别为样本集中实例数最多的类别 if not features: return Node(results=Counter(y).most_common(1)[0][0]) # 计算样本集中每个属性的信息增益,并选择信息增益最大的属性作为划分属性 best_feature, best_gain_ratio = self.choose_best_feature(X, y, features) # 如果信息增益小于阈值,则返回叶节点,类别为样本集中实例数最多的类别 if best_gain_ratio < self.epsilon: return Node(results=Counter(y).most_common(1)[0][0]) # 构建决策树 tree = Node(feature=best_feature) left_X, left_y, right_X, right_y = self.split_data_set(X, y, best_feature) tree.left = self.build_tree(left_X, left_y, [f for f in features if f != best_feature]) tree.right = self.build_tree(right_X, right_y, [f for f in features if f != best_feature]) return tree def choose_best_feature(self, X, y, features): base_entropy = self.calc_entropy(y) best_feature = None best_gain_ratio = 0.0 for feature in features: # 如果该属性为连续值,则将其离散化 if isinstance(X[0][feature], float): values = sorted(set([x[feature] for x in X])) split_points = [(values[i] + values[i+1]) / 2 for i in range(len(values)-1)] gain_ratio = self.calc_continuous_attribute_gain_ratio(X, y, feature, split_points, base_entropy) else: gain_ratio = self.calc_discrete_attribute_gain_ratio(X, y, feature, base_entropy) if gain_ratio > best_gain_ratio: best_feature = feature best_gain_ratio = gain_ratio return best_feature, best_gain_ratio def calc_discrete_attribute_gain_ratio(self, X, y, feature, base_entropy): # 计算信息增益 entropy = 0.0 sub_sets = {} for xi, yi in zip(X, y): if xi[feature] not in sub_sets: sub_sets[xi[feature]] = [] sub_sets[xi[feature]].append(yi) for value, sub_y in sub_sets.items(): p = len(sub_y) / float(len(y)) entropy += p * self.calc_entropy(sub_y) gain = base_entropy - entropy # 计算信息增益比 iv = sum([-1.0 * len(sub_y) / len(y) * math.log(len(sub_y) / len(y), 2) for sub_y in sub_sets.values()]) gain_ratio = gain / iv if iv != 0 else 0 return gain_ratio def calc_continuous_attribute_gain_ratio(self, X, y, feature, split_points, base_entropy): # 选择最优切分点 best_gain_ratio = 0.0 best_split_point = None for split_point in split_points: sub_y = [[], []] for xi, yi in zip(X, y): sub_y[int(xi[feature] > split_point)].append(yi) # 如果某个子集为空,则跳过该切分点 if not sub_y[0] or not sub_y[1]: continue # 计算信息增益 entropy = sum([len(sub_y[i]) / float(len(y)) * self.calc_entropy(sub_y[i]) for i in range(2)]) gain = base_entropy - entropy # 计算信息增益比 iv = sum([-1.0 * len(sub_y[i]) / len(y) * math.log(len(sub_y[i]) / len(y), 2) for i in range(2)]) gain_ratio = gain / iv if iv != 0 else 0 if gain_ratio > best_gain_ratio: best_gain_ratio = gain_ratio best_split_point = split_point # 构建子集 left_X, left_y, right_X, right_y = self.split_data_set(X, y, feature, best_split_point) # 构建子树 left_tree = self.build_tree(left_X, left_y, [f for f in features if f != feature]) right_tree = self.build_tree(right_X, right_y, [f for f in features if f != feature]) # 计算信息增益比 iv = -1.0 * len(left_y) / len(y) * math.log(len(left_y) / len(y), 2) \ -1.0 * len(right_y) / len(y) * math.log(len(right_y) / len(y), 2) gain_ratio = best_gain_ratio / iv if iv != 0 else 0 return gain_ratio def split_data_set(self, X, y, feature, value=None): # 划分数据集 if value is None: left_X = [xi for xi in X if xi[feature] != value] left_y = [yi for xi, yi in zip(X, y) if xi[feature] != value] right_X = [xi for xi in X if xi[feature] == value] right_y = [yi for xi, yi in zip(X, y) if xi[feature] == value] else: left_X = [xi for xi in X if xi[feature] <= value] left_y = [yi for xi, yi in zip(X, y) if xi[feature] <= value] right_X = [xi for xi in X if xi[feature] > value] right_y = [yi for xi, yi in zip(X, y) if xi[feature] > value] return left_X, left_y, right_X, right_y def predict(self, X): return [self.predict_one(xi) for xi in X] def predict_one(self, xi): node = self.tree while node.results is None: if isinstance(xi[node.feature], float): if xi[node.feature] <= node.value: node = node.left else: node = node.right else: if xi[node.feature] == node.value: node = node.left else: node = node.right return node.results def calc_entropy(self, y): # 计算信息熵 entropy = 0.0 counter = Counter(y) for _, cnt in counter.items(): p = cnt / float(len(y)) entropy -= p * math.log(p, 2) return entropy ``` 请注意,这只是一个简单的示例代码,实际应用中可能需要进行更多的优化和改进。

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