机器学习之决策树熵&信息增量求解算法实现
此文不对理论做相关阐述,仅涉及代码实现:
1.熵计算公式:
P为正例,Q为反例
Entropy(S) = -PLog2(P) - QLog2(Q);
2.信息增量计算:
Gain(S,Sv) = Entropy(S) - (|Sv|/|S|)ΣEntropy(Sv);
举例:
转化数据输入:
- 5 14
- Outlook Sunny Sunny Overcast Rain Rain Rain Overcast Sunny Sunny Rain Sunny Overcast Overcast Rain
- Temperature Hot Hot Hot Mild Cool Cool Cool Mild Cool Mild Mild Mild Hot Mild
- Humidity High High High High Normal Normal Normal High Normal Normal Normal High Normal High
- Wind Weak Strong Weak Weak Weak Strong Strong Weak Weak Weak Strong Strong Weak Strong
- PlayTennis No No Yes Yes Yes No Yes No Yes Yes Yes Yes Yes No
- Outlook Temperature Humidity Wind PlayTennis
- package com.qunar.data.tree;
- /**
- * *********************************************************
- * <p/>
- * Author: XiJun.Gong
- * Date: 2016-09-02 15:28
- * Version: default 1.0.0
- * Class description:
- * <p>统计该类型出现的次数</p>
- * <p/>
- * *********************************************************
- */
- public class CountMap<T> {
- private T key; //类型
- private int value; //出现的次数
- public CountMap() {
- this(null, 0);
- }
- public CountMap(T key, int value) {
- this.key = key;
- this.value = value;
- }
- public T getKey() {
- return key;
- }
- public void setKey(T key) {
- this.key = key;
- }
- public int getValue() {
- return value;
- }
- public void setValue(int value) {
- this.value = value;
- }
- }
- package com.qunar.data.tree;
- import com.google.common.collect.ArrayListMultimap;
- import com.google.common.collect.Maps;
- import com.google.common.collect.Multimap;
- import com.google.common.collect.Sets;
- import java.util.*;
- /**
- * *********************************************************
- * <p/>
- * Author: XiJun.Gong
- * Date: 2016-09-02 14:24
- * Version: default 1.0.0
- * Class description:
- * <p>决策树</p>
- * <p/>
- * *********************************************************
- */
- public class DecisionTree<T, K> {
- private static String positiveExampleType = "Yes";
- private static String counterExampleType = "No";
- public double pLog2(final double p) {
- if (0 == p) return 0;
- return p * (Math.log(p) / Math.log(2));
- }
- /**
- * 熵计算
- *
- * @param positiveExample 正例个数
- * @param counterExample 反例个数
- * @return 熵值
- */
- public double entropy(final double positiveExample, final double counterExample) {
- double total = positiveExample + counterExample;
- double positiveP = positiveExample / total;
- double counterP = counterExample / total;
- return -1d * (pLog2(positiveP) + pLog2(counterP));
- }
- /**
- * @param features 特征列表
- * @param results 对应结果
- * @return 将信息整合成新的格式
- */
- public Multimap<T, CountMap<K>> merge(final List<T> features, final List<T> results) {
- //数据转化
- Multimap<T, CountMap<K>> InfoMap = ArrayListMultimap.create();
- Iterator result = results.iterator();
- for (T feature : features) {
- K res = (K) result.next();
- boolean tag = false;
- Collection<CountMap<K>> countMaps = InfoMap.get(feature);
- for (CountMap countMap : countMaps) {
- if (countMap.getKey().equals(res)) {
- /*修改值*/
- int num = countMap.getValue() + 1;
- InfoMap.remove(feature, countMap);
- InfoMap.put(feature, new CountMap<K>(res, num));
- tag = true;
- break;
- }
- }
- if (!tag)
- InfoMap.put(feature, new CountMap<K>(res, 1));
- }
- return InfoMap;
- }
- /**
- * 信息增益
- *
- * @param infoMap 因素(Outlook,Temperature,Humidity,Wind)对应的结果
- * @param dataTable 输入的数据表
- * @param type 因素中的类型(Outlook{Sunny,Overcast,Rain})
- * @param entropyS 总的熵值
- * @param totalSize 总的样本数
- * @return 信息增益
- */
- public double gain(Multimap<T, CountMap<K>> infoMap,
- Map<K, List<T>> dataTable,
- final String type,
- double entropyS,
- final int totalSize) {
- //去重
- Set<T> subTypes = Sets.newHashSet();
- subTypes.addAll(dataTable.get(type));
- /*计算*/
- for (T subType : subTypes) {
- Collection<CountMap<K>> countMaps = infoMap.get(subType);
- double subSize = 0;
- double positiveExample = 0;
- double counterExample = 0;
- for (CountMap<K> countMap : countMaps) {
- subSize += countMap.getValue();
- if (positiveExampleType.equals(countMap.getKey()))
- positiveExample = countMap.getValue();
- else
- counterExample = countMap.getValue();
- }
- entropyS -= (subSize / totalSize) * entropy(positiveExample, counterExample);
- }
- return entropyS;
- }
- /**
- * 计算
- *
- * @param dataTable 数据表
- * @param types 因素列表{Outlook,Temperature,Humidity,Wind}
- * @param resultType 结果(PlayTennis)
- * @return 返回信息增益集合
- */
- public Map<String, Double> calculate(Map<K, List<T>> dataTable, List<K> types, K resultType) {
- Map<String, Double> answer = Maps.newHashMap();
- List<T> results = dataTable.get(resultType);
- int totalSize = results.size();
- int positiveExample = 0;
- int counterExample = 0;
- double entropyS = 0d;
- for (T ExampleType : results) {
- if (positiveExampleType.equals(ExampleType)) {
- ++positiveExample;
- continue;
- }
- ++counterExample;
- }
- /*计算总的熵*/
- entropyS = entropy(positiveExample, counterExample);
- Multimap<T, CountMap<K>> infoMap;
- for (K type : types) {
- infoMap = merge(dataTable.get(type), results);
- double _gain = gain(infoMap, dataTable, (String) type, entropyS, totalSize);
- answer.put((String) type, _gain);
- }
- return answer;
- }
- } package com.qunar.data.tree;
- import com.google.common.collect.Lists;
- import com.google.common.collect.Maps;
- import java.util.*;
- /**
- * *********************************************************
- * <p/>
- * Author: XiJun.Gong
- * Date: 2016-09-02 16:43
- * Version: default 1.0.0
- * Class description:
- * <p/>
- * *********************************************************
- */
- public class Main {
- public static void main(String args[]) {
- Scanner scanner = new Scanner(System.in);
- while (scanner.hasNext()) {
- DecisionTree<String, String> dt = new DecisionTree();
- Map<String, List<String>> dataTable = Maps.newHashMap();
- /*Map<String, List<String>> dataTable = Maps.newHashMap();*/
- List<String> types = Lists.newArrayList();
- String resultType;
- int factorSize = scanner.nextInt();
- int demoSize = scanner.nextInt();
- String type;
- for (int i = 0; i < factorSize; i++) {
- List<String> demos = Lists.newArrayList();
- type = scanner.next();
- for (int j = 0; j < demoSize; j++) {
- demos.add(scanner.next());
- }
- dataTable.put(type, demos);
- }
- for (int i = 1; i < factorSize; i++) {
- types.add(scanner.next());
- }
- resultType = scanner.next();
- Map<String, Double> ans = dt.calculate(dataTable, types, resultType);
- List<Map.Entry<String, Double>> list = new ArrayList<Map.Entry<String, Double>>(ans.entrySet());
- Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<String, Double>>() {
- @Override
- public int compare(Map.Entry<String, Double> o1, Map.Entry<String, Double> o2) {
- return (o2.getValue() > o1.getValue() ? 1 : -1);
- }
- });
- for (Map.Entry<String, Double> iterator : list) {
- System.out.println(iterator.getKey() + "= " + iterator.getValue());
- }
- }
- }
- }
- /**
- *使用举例:*
- 5 14
- Outlook Sunny Sunny Overcast Rain Rain Rain Overcast Sunny Sunny Rain Sunny Overcast Overcast Rain
- Temperature Hot Hot Hot Mild Cool Cool Cool Mild Cool Mild Mild Mild Hot Mild
- Humidity High High High High Normal Normal Normal High Normal Normal Normal High Normal High
- Wind Weak Strong Weak Weak Weak Strong Strong Weak Weak Weak Strong Strong Weak Strong
- PlayTennis No No Yes Yes Yes No Yes No Yes Yes Yes Yes Yes No
- Outlook Temperature Humidity Wind PlayTennis
- */
结果:
- Outlook= 0.2467498197744391
- Humidity= 0.15183550136234136
- Wind= 0.04812703040826927
- Temperature= 0.029222565658954647
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