用Python从零开始构造决策树

專 欄


作者:weapon,不会写程序的浴室麦霸不是好的神经科医生


    

起步

本章介绍如何不利用第三方库,仅用python自带的标准库来构造一个决策树。

熵的计算公式:

640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1

对应的 python 代码:

用Python从零开始构造决策树_第1张图片

条件熵的计算

根据计算方法:

0?wx_fmt=jpeg

对应的 python 代码:

用Python从零开始构造决策树_第2张图片

其中参数 future_list 是某一特征向量组成的列表,result_list 是 label 列表。

信息增益

根据信息增益的计算方法:

0?wx_fmt=jpeg

对应的python代码:

用Python从零开始构造决策树_第3张图片

定义决策树的节点

作为树的节点,要有左子树和右子树是必不可少的,除此之外还需要其他信息:

用Python从零开始构造决策树_第4张图片

树的节点会有两种状态,叶子节点中 results 属性将保持当前的分类结果。非叶子节点中, col 保存着该节点计算的特征索引,根据这个索引来创建左右子树。

has_calc_index 属性表示在到达此节点时,已经计算过的特征索引。特征索引的数据集上表现是列的形式,如数据集(不包含结果集):

有三条数据,三个特征,那么第一个特征对应了第一列 [1, 0, 0] ,它的索引是 0 。

递归的停止条件

本章将构造出完整的决策树,所以递归的停止条件是所有待分析的训练集都属于同一类:

用Python从零开始构造决策树_第5张图片

从训练集中筛选最佳的特征

用Python从零开始构造决策树_第6张图片

因此计算节点就是调用 best_index = choose_best_future(node.data_set, node.labels, node.has_calc_index) 来获取最佳的信息增益的特征索引。

构造决策树

决策树中需要一个属性来指向树的根节点,以及特征数量。不需要保存训练集和结果集,因为这部分信息是保存在树的节点中的。

0?wx_fmt=png

创建决策树

这里需要递归来创建决策树:

用Python从零开始构造决策树_第7张图片

用Python从零开始构造决策树_第8张图片

根据信息增益的特征索引将训练集再划分为左右两个子树。

训练函数

也就是要有一个 fit 函数:

用Python从零开始构造决策树_第9张图片

清理训练集

训练后,树节点中数据集和结果集等就没必要的,该模型只要 col 和 result 就可以了:

用Python从零开始构造决策树_第10张图片

预测函数

提供一个预测函数:

用Python从零开始构造决策树_第11张图片

测试

数据集使用前面《应用篇》中的向量化的训练集:

用Python从零开始构造决策树_第12张图片


用Python从零开始构造决策树_第13张图片

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用Python从零开始构造决策树_第14张图片

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