cart分类树后剪枝代码

时间: 2023-09-11 15:09:53 浏览: 36
以下是一个简单的 CART 分类树后剪枝的代码实现: ```python import numpy as np class DecisionTree(): def __init__(self, max_depth=5, min_samples_leaf=1, criterion='gini', alpha=0.1): self.max_depth = max_depth self.min_samples_leaf = min_samples_leaf self.criterion = criterion self.alpha = alpha def fit(self, X, y): self.tree = self._build_tree(X, y, depth=0) def predict(self, X): return np.array([self._predict(inputs) for inputs in X]) def _build_tree(self, X, y, depth): num_samples, num_features = X.shape num_labels = len(np.unique(y)) # Check termination criteria if (depth >= self.max_depth or num_samples < self.min_samples_leaf or num_labels == 1): leaf_value = self._calculate_leaf_value(y) return Node(leaf_value=leaf_value) # Find best split best_feature, best_threshold = self._find_best_split(X, y, num_labels) # Split data left_idxs = np.argwhere(X[:, best_feature] <= best_threshold).flatten() right_idxs = np.argwhere(X[:, best_feature] > best_threshold).flatten() # Recursive call for left and right sub-tree left_subtree = self._build_tree(X[left_idxs], y[left_idxs], depth+1) right_subtree = self._build_tree(X[right_idxs], y[right_idxs], depth+1) # Create node with best split return Node(best_feature=best_feature, best_threshold=best_threshold, left_subtree=left_subtree, right_subtree=right_subtree) def _find_best_split(self, X, y, num_labels): best_feature = None best_threshold = None best_impurity = 1.0 for feature_idx in range(X.shape[1]): feature_values = X[:, feature_idx] unique_values = np.unique(feature_values) for threshold in unique_values: # Split data left_idxs = np.argwhere(feature_values <= threshold).flatten() right_idxs = np.argwhere(feature_values > threshold).flatten() # Check if split is valid if len(left_idxs) == 0 or len(right_idxs) == 0: continue # Calculate impurity impurity = self._calculate_impurity(y, num_labels, left_idxs, right_idxs) # Update best split if necessary if impurity < best_impurity: best_feature = feature_idx best_threshold = threshold best_impurity = impurity return best_feature, best_threshold def _calculate_impurity(self, y, num_labels, left_idxs, right_idxs): num_left = len(left_idxs) num_right = len(right_idxs) # Calculate impurity of left and right node if self.criterion == 'gini': left_impurity = self._gini_impurity(y[left_idxs], num_labels) right_impurity = self._gini_impurity(y[right_idxs], num_labels) elif self.criterion == 'entropy': left_impurity = self._entropy(y[left_idxs], num_labels) right_impurity = self._entropy(y[right_idxs], num_labels) else: raise ValueError('Invalid criterion') # Weighted sum of impurities impurity = (num_left/(num_left+num_right))*left_impurity + (num_right/(num_left+num_right))*right_impurity return impurity def _calculate_leaf_value(self, y): # Calculate most common class label labels, counts = np.unique(y, return_counts=True) idx = np.argmax(counts) return labels[idx] def _predict(self, inputs): node = self.tree while node.left_subtree: if inputs[node.best_feature] <= node.best_threshold: node = node.left_subtree else: node = node.right_subtree return node.leaf_value def _gini_impurity(self, y, num_labels): impurity = 1.0 _, counts = np.unique(y, return_counts=True) for count in counts: impurity -= (count/len(y))**2 return impurity def _entropy(self, y, num_labels): entropy = 0.0 _, counts = np.unique(y, return_counts=True) for count in counts: probability = count/len(y) entropy -= probability * np.log2(probability) return entropy def _calculate_pruning_alpha(self, y, y_hat, num_leaves): error = np.sum(y != y_hat) / len(y) alpha = (error - 1/num_leaves) / (1 - 1/num_leaves) return alpha def _prune_tree(self, node, X, y): if node.left_subtree: node.left_subtree = self._prune_tree(node.left_subtree, X, y) node.right_subtree = self._prune_tree(node.right_subtree, X, y) # Check if node can be pruned if not node.left_subtree and not node.right_subtree: y_hat = np.array([self._predict(inputs) for inputs in X]) num_leaves = self._count_leaves(self.tree) alpha = self._calculate_pruning_alpha(y, y_hat, num_leaves) if alpha < self.alpha: leaf_value = self._calculate_leaf_value(y) return Node(leaf_value=leaf_value) return node def prune(self, X, y): self.tree = self._prune_tree(self.tree, X, y) def _count_leaves(self, node): if node.left_subtree: return self._count_leaves(node.left_subtree) + self._count_leaves(node.right_subtree) else: return 1 class Node(): def __init__(self, best_feature=None, best_threshold=None, left_subtree=None, right_subtree=None, leaf_value=None): self.best_feature = best_feature self.best_threshold = best_threshold self.left_subtree = left_subtree self.right_subtree = right_subtree self.leaf_value = leaf_value ``` 在上述代码中,我们添加了一个 `_calculate_pruning_alpha` 函数来计算修剪 α 值,以及一个 `_prune_tree` 函数来递归地修剪树。在 `prune` 函数中,我们将调用 `_prune_tree` 来修剪整个树。

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