機(jī)器學(xué)習(xí)：決策樹(shù)--python

今天，我們介紹機(jī)器學(xué)習(xí)里比較常用的一種分類(lèi)算法，決策樹(shù)。決策樹(shù)是對(duì)人類(lèi)認(rèn)知識(shí)別的一種模擬，給你一堆看似雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)，如何用盡可能少的特征，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分類(lèi)。

決策樹(shù)借助了一種層級(jí)分類(lèi)的概念，每一次都選擇一個(gè)區(qū)分性最好的特征進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)于可以直接給出標(biāo)簽 label 的數(shù)據(jù)，可能最初選擇的幾個(gè)特征就能很好地進(jìn)行區(qū)分，有些數(shù)據(jù)可能需要更多的特征，所以決策樹(shù)的深度也就表示了你需要選擇的幾種特征。

在進(jìn)行特征選擇的時(shí)候，常常需要借助信息論的概念，利用最大熵原則。

決策樹(shù)一般是用來(lái)對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)的，對(duì)于連續(xù)數(shù)據(jù)，可以事先對(duì)其離散化。

在介紹決策樹(shù)之前，我們先簡(jiǎn)單的介紹一下信息熵，我們知道，熵的定義為：

?

我們先構(gòu)造一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)：

from sklearn import datasets

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

import math

import operator

def Create_data（）：

dataset = ［［1，1，‘yes’］，

［1， 1，‘yes’］，

［1， 0， ‘no’］，

［0， 1， ‘no’］，

［0， 1， ‘no’］，

［3， 0， ‘maybe’］］

feat_name = ［‘no surfacing’， ‘flippers’］

return dataset， feat_name

然后定義一個(gè)計(jì)算熵的函數(shù)：

def Cal_entrpy（dataset）：

n_sample = len（dataset）

n_label = {}

for featvec in dataset：

current_label = featvec［-1］

if current_label not in n_label.keys（）：

n_label［current_label］ = 0

n_label［current_label］ += 1

shannonEnt = 0.0

for key in n_label：

prob = float（n_label［key］） / n_sample

shannonEnt -= prob * math.log（prob， 2）

return shannonEnt

要注意的是，熵越大，說(shuō)明數(shù)據(jù)的類(lèi)別越分散，越呈現(xiàn)某種無(wú)序的狀態(tài)。

下面再定義一個(gè)拆分?jǐn)?shù)據(jù)集的函數(shù)：

def Split_dataset（dataset， axis， value）：

retDataSet = ［］

for featVec in dataset：

if featVec［axis］ == value：

reducedFeatVec = featVec［：axis］

reducedFeatVec.extend（featVec［axis+1 ：］）

retDataSet.append（reducedFeatVec）

return retDataSet

結(jié)合前面的幾個(gè)函數(shù)，我們可以構(gòu)造一個(gè)特征選擇的函數(shù)：

def Choose_feature（dataset）：

num_sample = len（dataset）

num_feature = len（dataset［0］） - 1

baseEntrpy = Cal_entrpy（dataset）

best_Infogain = 0.0

bestFeat = -1

for i in range （num_feature）：

featlist = ［example［i］ for example in dataset］

uniquValus = set（featlist）

newEntrpy = 0.0

for value in uniquValus：

subData = Split_dataset（dataset， i， value）

prob = len（subData） / float（num_sample）

newEntrpy += prob * Cal_entrpy（subData）

info_gain = baseEntrpy - newEntrpy

if （info_gain 》 best_Infogain）：

best_Infogain = info_gain

bestFeat = i

return bestFeat

然后再構(gòu)造一個(gè)投票及計(jì)票的函數(shù)

def Major_cnt（classlist）：

class_num = {}

for vote in classlist：

if vote not in class_num.keys（）：

class_num［vote］ = 0

class_num［vote］ += 1

Sort_K = sorted（class_num.iteritems（），

key = operator.itemgetter（1）， reverse=True）

return Sort_K［0］［0］

有了這些，就可以構(gòu)造我們需要的決策樹(shù)了：

def Create_tree（dataset， featName）：

classlist = ［example［-1］ for example in dataset］

if classlist.count（classlist［0］） == len（classlist）：

return classlist［0］

if len（dataset［0］） == 1：

return Major_cnt（classlist）

bestFeat = Choose_feature（dataset）

bestFeatName = featName［bestFeat］

myTree = {bestFeatName： {}}

del（featName［bestFeat］）

featValues = ［example［bestFeat］ for example in dataset］

uniqueVals = set（featValues）

for value in uniqueVals：

subLabels = featName［：］

myTree［bestFeatName］［value］ = Create_tree（Split_dataset

（dataset， bestFeat， value）， subLabels）

return myTree

def Get_numleafs（myTree）：

numLeafs = 0

firstStr = myTree.keys（）［0］

secondDict = myTree［firstStr］

for key in secondDict.keys（）：

if type（secondDict［key］）.__name__ == ‘dict’ ：

numLeafs += Get_numleafs（secondDict［key］）

else：

numLeafs += 1

return numLeafs

def Get_treedepth（myTree）：

max_depth = 0

firstStr = myTree.keys（）［0］

secondDict = myTree［firstStr］

for key in secondDict.keys（）：

if type（secondDict［key］）.__name__ == ‘dict’ ：

this_depth = 1 + Get_treedepth（secondDict［key］）

else：

this_depth = 1

if this_depth 》 max_depth：

max_depth = this_depth

return max_depth