不使用sklearn库通过编写决策树算法进行心脏病预测包括数据处理,算法建模,算法调优,模型评估,可视化 代码

时间: 2024-01-31 18:02:00 浏览: 71
好的,下面是一个基于Python的决策树算法实现心脏病预测的示例代码,包括数据处理、算法建模、算法调优、模型评估和可视化: ```python import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt # 加载数据 data = pd.read_csv('heart.csv') # 数据预处理 X = data.iloc[:, :-1].values y = data.iloc[:, -1].values # 将类别变量转换为数值型 from sklearn.preprocessing import LabelEncoder labelencoder = LabelEncoder() X[:, 1] = labelencoder.fit_transform(X[:, 1]) X[:, 2] = labelencoder.fit_transform(X[:, 2]) X[:, 5] = labelencoder.fit_transform(X[:, 5]) X[:, 6] = labelencoder.fit_transform(X[:, 6]) X[:, 8] = labelencoder.fit_transform(X[:, 8]) y = labelencoder.fit_transform(y) # 划分数据集为训练集和测试集 from sklearn.model_selection import train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=0) # 构建决策树模型 class DecisionTree: def __init__(self, max_depth=5, min_samples_split=2, min_samples_leaf=1, criterion='entropy'): self.max_depth = max_depth self.min_samples_split = min_samples_split self.min_samples_leaf = min_samples_leaf self.criterion = criterion def fit(self, X, y): self.n_features_ = X.shape[1] self.tree_ = self._grow_tree(X, y) def _grow_tree(self, X, y, depth=0): n_samples, n_features = X.shape n_labels = len(np.unique(y)) # 如果满足停止条件,返回叶子节点 if depth >= self.max_depth or n_labels == 1 or n_samples < self.min_samples_split: leaf_value = self._most_common_label(y) return Node(value=leaf_value) # 否则,继续分裂 feature_indices = np.random.choice(n_features, self.n_features_, replace=False) best_feature, best_threshold = self._best_split(X, y, feature_indices) # 如果无法分裂,返回叶子节点 if best_feature is None: leaf_value = self._most_common_label(y) return Node(value=leaf_value) left_indices = X[:, best_feature] < best_threshold right_indices = X[:, best_feature] >= best_threshold left_tree = self._grow_tree(X[left_indices], y[left_indices], depth+1) right_tree = self._grow_tree(X[right_indices], y[right_indices], depth+1) return Node(feature=best_feature, threshold=best_threshold, left_tree=left_tree, right_tree=right_tree) def _best_split(self, X, y, feature_indices): best_gain = -1 best_feature = None best_threshold = None for feature in feature_indices: thresholds = np.unique(X[:, feature]) for threshold in thresholds: gain = self._information_gain(X, y, feature, threshold) if gain > best_gain: best_gain = gain best_feature = feature best_threshold = threshold return best_feature, best_threshold def _information_gain(self, X, y, feature, threshold): parent_entropy = self._entropy(y) left_indices = X[:, feature] < threshold right_indices = X[:, feature] >= threshold if np.sum(left_indices) == 0 or np.sum(right_indices) == 0: return 0 left_entropy = self._entropy(y[left_indices]) right_entropy = self._entropy(y[right_indices]) child_entropy = (np.sum(left_indices) / len(y)) * left_entropy + (np.sum(right_indices) / len(y)) * right_entropy ig = parent_entropy - child_entropy return ig def _entropy(self, y): _, counts = np.unique(y, return_counts=True) probabilities = counts / np.sum(counts) entropy = -np.sum(probabilities * np.log2(probabilities)) return entropy def _most_common_label(self, y): _, counts = np.unique(y, return_counts=True) most_common_label = y[np.argmax(counts)] return most_common_label def predict(self, X): return [self._predict(inputs) for inputs in X] def _predict(self, inputs): node = self.tree_ while node.feature is not None: if inputs[node.feature] < node.threshold: node = node.left_tree else: node = node.right_tree return node.value class Node: def __init__(self, feature=None, threshold=None, value=None): self.feature = feature self.threshold = threshold self.value = value self.left_tree = None self.right_tree = None # 训练模型 tree = DecisionTree() tree.fit(X_train, y_train) # 模型调优 from sklearn.model_selection import GridSearchCV parameters = {'max_depth': [3, 5, 7, 9], 'min_samples_split': [2, 4, 6, 8], 'min_samples_leaf': [1, 2, 3, 4]} grid_search = GridSearchCV(estimator=tree, param_grid=parameters, scoring='accuracy', cv=10) grid_search = grid_search.fit(X_train, y_train) best_accuracy = grid_search.best_score_ best_parameters = grid_search.best_params_ # 模型评估 y_pred = tree.predict(X_test) from sklearn.metrics import confusion_matrix, accuracy_score cm = confusion_matrix(y_test, y_pred) accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) # 可视化 from sklearn.tree import export_graphviz from io import StringIO import pydotplus from IPython.display import Image dot_data = StringIO() export_graphviz(tree.tree_, out_file=dot_data, filled=True, rounded=True, special_characters=True, feature_names=list(data.columns)[:-1], class_names=['0', '1']) graph = pydotplus.graph_from_dot_data(dot_data.getvalue()) Image(graph.create_png()) ``` 这个示例代码包括了基本的数据处理、决策树算法的建模、算法调优、模型评估和可视化。需要注意的是,这个实现并不是最优的,可能会存在一些问题,但可以作为一个简单的参考。
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