用python代码实现决策树算法

时间: 2023-07-20 11:32:30 浏览: 235
好的,下面是用Python实现决策树算法的代码实现。 决策树是一种经典的分类和回归算法,它通过对数据进行递归分割,构建起一棵决策树,从而实现对新数据的分类或回归预测。决策树的每个节点都代表一个特征,在该特征的取值范围内进行分割,直到满足某个停止条件为止。 下面是使用Python实现CART算法的决策树示例代码: ```python import numpy as np class Node: def __init__(self, feature=None, threshold=None, left=None, right=None, value=None): self.feature = feature # 选用的特征 self.threshold = threshold # 特征分裂的阈值 self.left = left # 左子树 self.right = right # 右子树 self.value = value # 叶子节点的预测值 class DecisionTree: def __init__(self, max_depth=None, min_samples_split=2, min_impurity=1e-7): self.max_depth = max_depth # 最大深度 self.min_samples_split = min_samples_split # 最小样本数 self.min_impurity = min_impurity # 最小纯度 def fit(self, X, y): self.n_classes = len(set(y)) self.n_features = X.shape[1] self.tree = self._grow_tree(X, y) def predict(self, X): return [self._predict(inputs) for inputs in X] def _grow_tree(self, X, y, depth=0): n_samples, n_features = X.shape n_labels = [np.sum(y == c) for c in range(self.n_classes)] label = np.argmax(n_labels) # 如果满足停止条件,返回叶子节点 if depth == self.max_depth or n_samples < self.min_samples_split \ or np.max(n_labels) / float(n_samples) >= self.min_impurity: return Node(value=label) # 选择最佳特征用于分裂 feat_idxs = np.random.choice(n_features, int(np.sqrt(n_features)), replace=False) best_feat, best_thresh = self._best_split(X, y, feat_idxs) # 分裂左右子树 left_idxs = np.argwhere(X[:, best_feat] <= best_thresh).flatten() right_idxs = np.argwhere(X[:, best_feat] > best_thresh).flatten() left = self._grow_tree(X[left_idxs, :], y[left_idxs], depth=depth+1) right = self._grow_tree(X[right_idxs, :], y[right_idxs], depth=depth+1) return Node(best_feat, best_thresh, left, right) def _best_split(self, X, y, feat_idxs): best_gain = -1 split_idx, split_thresh = None, None for i in feat_idxs: thresholds = np.unique(X[:, i]) for thresh in thresholds: gain = self._information_gain(y, X[:, i], thresh) if gain > best_gain: best_gain = gain split_idx = i split_thresh = thresh return split_idx, split_thresh def _information_gain(self, y, X_feat, split_thresh): parent_entropy = self._entropy(y) left_idxs = np.argwhere(X_feat <= split_thresh).flatten() right_idxs = np.argwhere(X_feat > split_thresh).flatten() if len(left_idxs) == 0 or len(right_idxs) == 0: return 0 n = len(y) n_l, n_r = len(left_idxs), len(right_idxs) e_l, e_r = self._entropy(y[left_idxs]), self._entropy(y[right_idxs]) child_entropy = (n_l / n) * e_l + (n_r / n) * e_r ig = parent_entropy - child_entropy return ig def _entropy(self, y): hist = np.bincount(y) ps = hist / np.sum(hist) return -np.sum([p * np.log2(p) for p in ps if p > 0]) def _predict(self, inputs): node = self.tree while node.value is None: if inputs[node.feature] <= node.threshold: node = node.left else: node = node.right return node.value ``` 这里使用了numpy库进行矩阵计算,实现了决策树的训练和预测功能。其中,_grow_tree函数用于递归构建决策树,_best_split函数用于选择最佳特征进行分裂,_information_gain函数用于计算信息增益,_entropy函数用于计算熵。 使用示例: ```python from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import accuracy_score X, y = load_iris(return_X_y=True) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) clf = DecisionTree(max_depth=10) clf.fit(X_train, y_train) y_pred = clf.predict(X_test) acc = accuracy_score(y_test, y_pred) print("Accuracy:", acc) ``` 这里使用sklearn库中的鸢尾花数据集进行测试,将数据集分成训练集和测试集,使用上面实现的DecisionTree模型进行训练和预测,最后输出准确率。
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