《机器学习》第四章课后习题-- 用Python实现决策树

看完书后,我参考了机器学习实战里面的一些函数,自己用Python实现了决策树。我在实现过程中并没有很好地利用好数据结构中树的概念,代码还有很多需要改进的地方。接下来我就简单总结下我的代码实现。

代码整体的算法参考课本的74-80页。我是先实现基于信息熵进行划分选择的决策树算法,先完整生成一棵决策树,再逐步修改代码,实现预剪枝等。

数据集如下:


数据集

假设训练集为D,属性集为A,决策的实现在于从属性集A中挑选出最优属性a,根据属性a划分数据集,然后再继续在划分好的数据集中继续寻找最优属性,多次迭代,生成一棵树。迭代的终止条件为:(1)当前数据集同属一类别,例如划分好的数据集全为好瓜(2)当前属性集A为空,或者数据集在所有属性上的取值相同(3)当前数据集为空

决策算法的关键在于如何选择最优属性(包括如何选择最优属性(基于信息熵,基于基尼指数等)进行划分,是否进行划分(预剪枝,后剪枝等))

下面用基于信息熵的算法实现决策树:

1.对数据进行读取

数据文件名为waterMelonData.txt,编码格式为utf-8,用全局变量dataset存储所有数据,continusAttr存储连续属性名集    合,attrAll存储数据的第一行


数据读取

2.计算信息熵:

计算信息熵:要统计数据dataset里的类别,用resultDict存储类别(好瓜,坏瓜),再计算各类别的概率,最后算出信息熵

计算信息熵

3.计算信息增益

属性为不连续属性时:

计算信息增益

函数:

getAxis(attrChoose,attrAll)

attrChoose表示属性,通过getAxis函数获得数据文件的第几列数据表示属性attrChoose的描述,例如

attrChoose = “色泽”

得到axis = 1

splitDataSet(dataset,axis,key)

根据属性的位置axis,找出属性值为key的所有数据


getAxis函数




splitDataset函数

连续性属性:

a.要先对该属性的所有取值排序

b.计算候选划分点集合

c.分别计算候选划分点的信息增益

d.得到最大信息增益,得到最优划分点

连续性属性的信息增益计算

连续属性的数据只需要根据最优划分点,划分为两部分(data_small,data_large)即可


数据划分

到这里已经能分别算出每个属性的信息增益了,接下来就是遍历未被使用过的属性,选出信息增益最大的属性,进行数            据划分

4.根据最优属性划分



5.最后一步,整合所有函数,迭代生成树



生成树1


生成树2 

补充:countAttrKey(dataset,attr,axis)函数


countAttrKey函数


6.运行结果:

运行结果我只截取了部分



下面是根据运行结果手动画的树:




整棵生成树

7.代码修改,实现预剪枝,后剪枝等总结

a.个人觉得整体代码处于较混乱状态,在修改为预剪枝的时候,总觉得部分函数有重合,或者是函数的划分不太合理。

b.书本中是将数据集认为划分为训练集和测试集,未思考如何划分训练集合测试集

c.尴尬的是,在每个生成结点后,并没有将每个结点存储,以致于在后剪枝时出现了一定的问题。考虑用树的思想,修改代码

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