Drzewa decyzyjne, algorytm ID3

autor Justyna Zarzycka

Opis projektu

Projekt implementuje tworzenie drzewa decyzyjnego wykorzystującego algorytm ID3, ktióre pomaga określić chęci do pracy agenta na podstawie warunków panujących na planszy.

Tworzenie drzewa decyzyjnego

Funkcja budująca drzewo za pomocą algorymu ID3:

def ID3(data, original_data, attributes, target, parent_node_class=None):

    if len(np.unique(data[target])) <= 1:
        return np.unique(data[target])[0]
    elif len(data) == 0:
        return np.unique(original_data[target])[
            np.argmax(np.unique(original_data[target], return_counts=True)[1])]
    elif len(attributes) == 0:
        return parent_node_class
    else:
        parent_node_class = np.unique(data[target])[
            np.argmax(np.unique(data[target], return_counts=True)[1])]

        item_values = [info_gain(data, i, target) for i in
                       attributes]

        best_attribute_index = np.argmax(item_values)
        best_attribute = attributes[best_attribute_index]

        tree = {best_attribute: {}}
        
        attributes = [i for i in attributes if i != best_attribute]
        for value in np.unique(data[best_attribute]):
            sub_data = data.where(data[best_attribute] == value).dropna()
            subtree = ID3(sub_data, data, attributes, target, parent_node_class)
            tree[best_attribute][value] = subtree

        return (tree)

Cechą charakterystyczną algorytmu jest wybór atrybutów dla których kolejno przeprowadzane są testy taki, aby końcowe drzewo było jak najprostsze i jak najefektywniejsze. Wybór atrybutów opiera się na liczeniu entropii, co pozwala obliczyć, wybór którego z atrybutów da największy przyrost informacji.

Obliczanie wartości przyrostu informacji:

Funkcja oblicza który atrybut najlepiej rozdziela zbiór danych (dzieli zbiór przykładów na jak najbardziej równe podzbiory).

def info_gain(data, split_attribute, target):
   
   _entropy = entropy(data[target])
    vals, counts = np.unique(data[split_attribute], return_counts=True)
    weighted_entropy = np.sum(
        [(counts[i] / np.sum(counts)) * entropy(data.where(data[split_attribute] == vals[i]).dropna()[target])
         for i in range(len(vals))])
    information_gain = _entropy - weighted_entropy

    return information_gain

Entropia:

Entropia jest miarą ilości informacji - im mniejsza entropia, tym więcej informacji. W przypadku problemu klasyfikacji przykładów do dwóch odrębnych klas, wzór na entropię przedstawia się następująco:

Entropy(S) = - ∑ pᵢ * log₂(pᵢ) ; i = 1 to n gdzie: Z - źródło informacji p - prawdopodobieństwo wystąpienia przykładu pozytywnego w zbiorze trenującym (1-p) - prawdopodobieństwo wystąpienia przykładu negatywnego w zbiorze trenującym

def entropy(attribute):
    values, counts = np.unique(target_col, return_counts=True)
    entropy = np.sum(
        [(-counts[i] / np.sum(counts)) * np.log2(counts[i] / np.sum(counts)) for i in range(len(values))])
    return entropy

Zestaw uczący

Zestaw budujący drzewo to lista zawierająca 24 przykładów waruków panujących na polu. Atrybyty zapisane są w formacie ['pogoda', 'ile_chwastow', 'ile_burakow', 'czy_chce_pracowac']. Przykłady ze zbioru:

    ['slonecznie', 'duzo', 'bardzo_malo', 'srednio'],
    ['deszcz', 'bardzo_duzo', 'malo', 'nie'],
    ['grad', 'bardzo_duzo', 'bardzo_malo', 'nie'],
    ['zachmurzenie', 'srednio', 'srednio', 'tak']

Implementacja w projekcie

Podprojet uruchamiany jest za pomocą klawisza F5. Pobierane są inforamcje o warunkach panujących na polu, na podstawie których oceniana jest chęć do pracy.

3.7 KiB Raw Permalink Blame History