ID3决策树代码见CreatTree.py。请结合算法原理,通过认真阅读、单步调试等方法,掌握ID3决策树的代码实现,并根据自己的理解,对代码进行详细注释。

时间: 2024-02-01 14:13:01 浏览: 199
好的,下面我来详细讲解一下ID3决策树的代码实现,并添加注释来帮助理解。 ```python from math import log import operator # 计算给定数据集的香农熵 def calcShannonEnt(dataSet): numEntries = len(dataSet) # 数据集中实例的总数 labelCounts = {} # 创建一个空字典,用于存储每个类别出现的次数 # 对每组特征向量进行统计 for featVec in dataSet: currentLabel = featVec[-1] # 每个实例的类别 if currentLabel not in labelCounts.keys(): labelCounts[currentLabel] = 0 labelCounts[currentLabel] += 1 shannonEnt = 0.0 # 初始化香农熵 # 计算香农熵 for key in labelCounts: prob = float(labelCounts[key]) / numEntries shannonEnt -= prob * log(prob, 2) return shannonEnt # 创建测试数据集 def createDataSet(): dataSet = [[1, 1, 'yes'], [1, 1, 'yes'], [1, 0, 'no'], [0, 1, 'no'], [0, 1, 'no']] labels = ['no surfacing', 'flippers'] return dataSet, labels # 按照给定特征划分数据集 def splitDataSet(dataSet, axis, value): retDataSet = [] # 创建新的list对象 for featVec in dataSet: if featVec[axis] == value: reducedFeatVec = featVec[:axis] # 去掉axis特征 reducedFeatVec.extend(featVec[axis+1:]) retDataSet.append(reducedFeatVec) return retDataSet # 选择最好的数据集划分方式 def chooseBestFeatureToSplit(dataSet): numFeatures = len(dataSet[0]) - 1 # 特征数 baseEntropy = calcShannonEnt(dataSet) # 计算数据集的香农熵 bestInfoGain = 0.0 # 初始化信息增益 bestFeature = -1 # 初始化最优特征的索引值 for i in range(numFeatures): # 对每个特征循环 featList = [example[i] for example in dataSet] # 取得所有样本该特征的取值 uniqueVals = set(featList) # 创建set集合,元素不重复 newEntropy = 0.0 # 初始化经验条件熵 for value in uniqueVals: # 对每个特征划分一次数据集 subDataSet = splitDataSet(dataSet, i, value) prob = len(subDataSet) / float(len(dataSet)) newEntropy += prob * calcShannonEnt(subDataSet) infoGain = baseEntropy - newEntropy # 信息增益 if (infoGain > bestInfoGain): # 比较信息增益 bestInfoGain = infoGain # 更新信息增益 bestFeature = i # 记录信息增益最大的特征的索引值 return bestFeature # 多数表决规则,决定叶子节点的分类 def majorityCnt(classList): classCount = {} for vote in classList: if vote not in classCount.keys(): classCount[vote] = 0 classCount[vote] += 1 sortedClassCount = sorted(classCount.items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True) return sortedClassCount[0][0] # 创建树 def createTree(dataSet, labels): classList = [example[-1] for example in dataSet] # 取得所有类别 if classList.count(classList[0]) == len(classList): # 类别完全相同,停止划分 return classList[0] if len(dataSet[0]) == 1: # 遍历完所有特征时返回出现次数最多的类别 return majorityCnt(classList) bestFeat = chooseBestFeatureToSplit(dataSet) # 最优特征的索引值 bestFeatLabel = labels[bestFeat] # 最优特征的标签 myTree = {bestFeatLabel: {}} # 使用字典类型储存树的信息 del(labels[bestFeat]) # 删除已经使用的特征标签 featValues = [example[bestFeat] for example in dataSet] uniqueVals = set(featValues) for value in uniqueVals: subLabels = labels[:] # 递归调用创建决策树函数 myTree[bestFeatLabel][value] = createTree(splitDataSet(dataSet, bestFeat, value), subLabels) return myTree # 测试 if __name__ == '__main__': dataSet, labels = createDataSet() myTree = createTree(dataSet, labels) print(myTree) ``` 代码的主要实现过程如下: 1. `calcShannonEnt(dataSet)`:计算数据集的香农熵,即公式 $H=-\sum_{i=1}^{n}p_i\log_2p_i$,其中 $n$ 是类别数目,$p_i$ 是第 $i$ 个类别占总数的比例。 2. `splitDataSet(dataSet, axis, value)`:按照给定特征划分数据集,即找出数据集中第 $axis$ 个特征取值等于 $value$ 的所有实例。 3. `chooseBestFeatureToSplit(dataSet)`:选择最好的数据集划分方式,即计算每个特征的信息增益,选取信息增益最大的特征作为划分依据。 4. `createTree(dataSet, labels)`:使用递归方法建立决策树。建树过程中,如果所有样本属于同一类别,则返回该类别;如果遍历完所有特征,仍有多个类别,使用多数表决规则确定叶子节点的类别;否则选择信息增益最大的特征作为划分依据,递归创建左子树和右子树。 其中,关键步骤 `calcShannonEnt()`、`splitDataSet()` 和 `chooseBestFeatureToSplit()` 都有详细的注释,可以结合代码理解。
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