决策树算法python实现

时间: 2023-07-20 21:17:40 浏览: 49
决策树是一种基于树结构进行决策的算法,常用于分类和回归问题。以下是一个简单的决策树算法的 Python 实现: 1. 导入必要的库 ```python import numpy as np import pandas as pd ``` 2. 定义节点类 ```python class Node: def __init__(self, feature=None, threshold=None, left=None, right=None, value=None): self.feature = feature # 划分特征的索引 self.threshold = threshold # 划分阈值 self.left = left # 左子节点 self.right = right # 右子节点 self.value = value # 叶节点预测值 ``` 3. 定义决策树类 ```python class DecisionTree: def __init__(self, max_depth=None): self.max_depth = max_depth # 最大深度 self.root = None # 根节点 def fit(self, X, y): self.root = self._build_tree(X, y) def predict(self, X): return np.array([self._predict(inputs) for inputs in X]) def _build_tree(self, X, y, depth=0): # 判断是否达到最大深度或只剩下一个类别 if depth == self.max_depth or len(set(y)) == 1: return Node(value=y[0]) n_samples, n_features = X.shape best_feature, best_threshold = self._find_best_split(X, y, n_samples, n_features) # 判断是否划分成功 if best_feature is None or best_threshold is None: return Node(value=np.argmax(np.bincount(y))) left_indices = X[:, best_feature] < best_threshold right_indices = ~left_indices left = self._build_tree(X[left_indices], y[left_indices], depth+1) right = self._build_tree(X[right_indices], y[right_indices], depth+1) return Node(best_feature, best_threshold, left, right) def _find_best_split(self, X, y, n_samples, n_features): best_gain = -1 best_feature = None best_threshold = None for feature_idx in range(n_features): feature_values = X[:, feature_idx] thresholds = np.unique(feature_values) for threshold in thresholds: gain = self._information_gain(y, feature_values, threshold, n_samples) if gain > best_gain: best_gain = gain best_feature = feature_idx best_threshold = threshold return best_feature, best_threshold def _information_gain(self, y, feature_values, threshold, n_samples): parent_entropy = self._entropy(y, n_samples) left_indices = feature_values < threshold n_left = np.sum(left_indices) if n_left == 0: return 0 left_entropy = self._entropy(y[left_indices], n_left) right_indices = ~left_indices n_right = n_samples - n_left if n_right == 0: return 0 right_entropy = self._entropy(y[right_indices], n_right) child_entropy = (n_left/n_samples) * left_entropy + (n_right/n_samples) * right_entropy return parent_entropy - child_entropy def _entropy(self, y, n_samples): _, counts = np.unique(y, return_counts=True) probabilities = counts / n_samples entropy = np.sum(probabilities * np.log2(probabilities)) return -entropy def _predict(self, inputs): current_node = self.root while current_node.left: if inputs[current_node.feature] < current_node.threshold: current_node = current_node.left else: current_node = current_node.right return current_node.value ``` 以上是一个简单的决策树算法的 Python 实现,可以用于分类任务。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

决策树剪枝算法的python实现方法详解

总结来说,决策树剪枝算法的Python实现主要包括以下几个步骤: 1. 定义计算熵和基尼指数的函数。 2. 实现数据集的划分功能,针对离散和连续特征。 3. 使用递归或循环构建决策树,每次选择最优分割属性。 4. 应用剪枝...
recommend-type

基于ID3决策树算法的实现(Python版)

ID3(Iterative Dichotomiser 3)决策树算法是一种经典的分类算法,主要用于处理离散型特征的数据集。在Python中实现ID3算法时,通常会涉及以下几个关键步骤: 1. **计算熵(Entropy)**: 熵是衡量数据集纯度的一...
recommend-type

Python机器学习之决策树算法实例详解

决策树算法是机器学习中的一种基础且广泛应用的分类方法,尤其在Python的机器学习领域中。它通过构建一棵树状模型来表示一个决定过程或预测模型。决策树以易于理解和解释著称,即使对于非技术背景的人来说,也能相对...
recommend-type

python使用sklearn实现决策树的方法示例

在Python的机器学习领域,`sklearn`库是不可或缺的一部分,它提供了丰富的算法,包括决策树。本示例将详细讲解如何使用`sklearn`库中的`DecisionTreeClassifier`类来构建决策树模型。 首先,确保你有一个合适的开发...
recommend-type

2000-2021年 河北统计年鉴数据整理

该年鉴全面、系统地记录了河北省经济社会发展的历史轨迹和现状,提供了大量的统计数据和信息,是了解河北省经济社会发展情况的重要参考书籍。 河北统计年鉴涵盖了河北省各个领域的数据资料,包括经济发展、人口就业、社会事业、居民生活、环境保护等多个方面。其中,不仅有各年度河北省经济社会发展的总体情况,还有分地区、分行业的详细数据和分析报告,为各级政府、企业和学术界提供了重要的决策参考和数据支持。本数据包含原始数据、线性插值、ARIMA填补、有效值统计,说明。
recommend-type

数据结构课程设计:模块化比较多种排序算法

本篇文档是关于数据结构课程设计中的一个项目,名为“排序算法比较”。学生针对专业班级的课程作业,选择对不同排序算法进行比较和实现。以下是主要内容的详细解析: 1. **设计题目**:该课程设计的核心任务是研究和实现几种常见的排序算法,如直接插入排序和冒泡排序,并通过模块化编程的方法来组织代码,提高代码的可读性和复用性。 2. **运行环境**:学生在Windows操作系统下,利用Microsoft Visual C++ 6.0开发环境进行编程。这表明他们将利用C语言进行算法设计,并且这个环境支持高效的性能测试和调试。 3. **算法设计思想**:采用模块化编程策略,将排序算法拆分为独立的子程序,比如`direct`和`bubble_sort`,分别处理直接插入排序和冒泡排序。每个子程序根据特定的数据结构和算法逻辑进行实现。整体上,算法设计强调的是功能的分块和预想功能的顺序组合。 4. **流程图**:文档包含流程图,可能展示了程序设计的步骤、数据流以及各部分之间的交互,有助于理解算法执行的逻辑路径。 5. **算法设计分析**:模块化设计使得程序结构清晰,每个子程序仅在被调用时运行,节省了系统资源,提高了效率。此外,这种设计方法增强了程序的扩展性,方便后续的修改和维护。 6. **源代码示例**:提供了两个排序函数的代码片段,一个是`direct`函数实现直接插入排序,另一个是`bubble_sort`函数实现冒泡排序。这些函数的实现展示了如何根据算法原理操作数组元素,如交换元素位置或寻找合适的位置插入。 总结来说,这个课程设计要求学生实际应用数据结构知识,掌握并实现两种基础排序算法,同时通过模块化编程的方式展示算法的实现过程,提升他们的编程技巧和算法理解能力。通过这种方式,学生可以深入理解排序算法的工作原理,同时学会如何优化程序结构,提高程序的性能和可维护性。
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

STM32单片机小车智能巡逻车设计与实现:打造智能巡逻车,开启小车新时代

![stm32单片机小车](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/c16e9788716a4704af8ec37f1276c4dc.png) # 1. STM32单片机简介及基础** STM32单片机是意法半导体公司推出的基于ARM Cortex-M内核的高性能微控制器系列。它具有低功耗、高性能、丰富的外设资源等特点,广泛应用于工业控制、物联网、汽车电子等领域。 STM32单片机的基础架构包括CPU内核、存储器、外设接口和时钟系统。其中,CPU内核负责执行指令,存储器用于存储程序和数据,外设接口提供与外部设备的连接,时钟系统为单片机提供稳定的时钟信号。 S
recommend-type

devc++如何监视

Dev-C++ 是一个基于 Mingw-w64 的免费 C++ 编程环境,主要用于 Windows 平台。如果你想监视程序的运行情况,比如查看内存使用、CPU 使用率、日志输出等,Dev-C++ 本身并不直接提供监视工具,但它可以在编写代码时结合第三方工具来实现。 1. **Task Manager**:Windows 自带的任务管理器可以用来实时监控进程资源使用,包括 CPU 占用、内存使用等。只需打开任务管理器(Ctrl+Shift+Esc 或右键点击任务栏),然后找到你的程序即可。 2. **Visual Studio** 或 **Code::Blocks**:如果你习惯使用更专业的
recommend-type

哈夫曼树实现文件压缩解压程序分析

"该文档是关于数据结构课程设计的一个项目分析,主要关注使用哈夫曼树实现文件的压缩和解压缩。项目旨在开发一个实用的压缩程序系统,包含两个可执行文件,分别适用于DOS和Windows操作系统。设计目标中强调了软件的性能特点,如高效压缩、二级缓冲技术、大文件支持以及友好的用户界面。此外,文档还概述了程序的主要函数及其功能,包括哈夫曼编码、索引编码和解码等关键操作。" 在数据结构课程设计中,哈夫曼树是一种重要的数据结构,常用于数据压缩。哈夫曼树,也称为最优二叉树,是一种带权重的二叉树,它的构造原则是:树中任一非叶节点的权值等于其左子树和右子树的权值之和,且所有叶节点都在同一层上。在这个文件压缩程序中,哈夫曼树被用来生成针对文件中字符的最优编码,以达到高效的压缩效果。 1. 压缩过程: - 首先,程序统计文件中每个字符出现的频率,构建哈夫曼树。频率高的字符对应较短的编码,反之则对应较长的编码。这样可以使得频繁出现的字符用较少的位来表示,从而降低存储空间。 - 接着,使用哈夫曼编码将原始文件中的字符转换为对应的编码序列,完成压缩。 2. 解压缩过程: - 在解压缩时,程序需要重建哈夫曼树,并根据编码序列还原出原来的字符序列。这涉及到索引编码和解码,通过递归函数如`indexSearch`和`makeIndex`实现。 - 为了提高效率,程序采用了二级缓冲技术,它能减少磁盘I/O次数,提高读写速度。 3. 软件架构: - 项目包含了两个可执行文件,`DosHfm.exe`适用于DOS系统,体积小巧,运行速度快;而`WinHfm.exe`则为Windows环境设计,提供了更友好的图形界面。 - 程序支持最大4GB的文件压缩,这是Fat32文件系统的限制。 4. 性能特点: - 除了基本的压缩和解压缩功能外,软件还提供了一些额外的特性,如显示压缩进度、文件一致性检查等。 - 哈夫曼编码的使用提高了压缩率,而二级缓冲技术使压缩速度提升了75%以上。 这个项目不仅展示了数据结构在实际问题中的应用,还体现了软件工程的实践,包括需求分析、概要设计以及关键算法的实现。通过这样的课程设计,学生可以深入理解数据结构和算法的重要性,并掌握实际编程技能。