【机器学习入门】(5) 决策树算法实战：sklearn实现决策树，实例应用（沉船幸存者预测）附python完整代码及数据集_深度学习 决策树实战

各位同学好，今天和大家分享一下python机器学习中的决策树算法，在上一节中我介绍了决策树算法的基本原理，这一节，我将通过实例应用带大家进一步认识这个算法。文末有完整代码和数据集，需要的自取。那我们开始吧

【机器学习】(4) 决策树算法理论：算法原理、信息熵、信息增益、预剪枝、后剪枝、算法选择

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1. Sklearn实现决策树

首先我来介绍一下sklearn库中的决策树分类器 sklearn.tree.DecisionTreeClassifier

导入方法： from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier

决策树分类器 DecisionTreeClassifier() 有如下参数在操作时需要注意：

criterion： gini(基尼系数) 或者 entropy(信息熵) 方法。

spliter： best 或 random。best是在所有特征中找到最好的切分点，random是随即找一些特征来进行切分(数据量大时用random)。

max_depth： 树的最大深度。当特征或者数量比较小的时候可以不用管这个值，特征比较多的时候可以限制一下。

min_sample_split： 决策树中某个叶子节点的样本最小个数，如果数据量不大，不需要管这个值，如果样本量比较大，推荐增大这个值。

min_weight_fraction_leaf： 叶子节点所有样本权重和最小值，如果小于这个值，则会和兄弟节点一起被剪枝，默认为0，也就是不考虑权重的问题。 一般来说，如果我们有较多的样本有缺失值，或者分类树样本的分布类别差别很大，就会引入样本权重，这是我们需要注意这个值。

max_leaf_nodes： 最大的叶子节点个数，默认是None，即不限制叶子节点的个数，如果设置了这个值，那么决策树建立的过程中优化叶子节点的个数，如果特征不多，可以不考虑这个值，但如果特征多的话，可以加以限制。

class_weight： 指定样本各特征的权重，默认是balance，即算法自动调节权值。主要是为了

min_impurity_decrease： 最小的不纯度（基尼系数、信息增益等），如果小于这个数，那么就不会再往下生成叶子节点了。

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2. 案例实战

2.1 案例简介

        导入泰坦尼克号沉船幸存者数据，含有票价、性别、船舱等10项特征值，一列目标值即是否幸存。由于到目前为止文章暂未涉及特征工程等其他机器学习知识，在本章节中我们先选取其中性别、年龄、几等舱三项指标作为特征值，是否幸存作为目标值，构建决策树，帮助大家理解简单算法。后续等特征工程讲完，会将所有特征指标放入预测模型中。感兴趣的小伙伴，可看后续章节。

2.2 数据获取

数据集获取地址：https://github.com/fayduan/Kaggle_Titanic

#（1）数据获取
# 导入泰坦尼克号沉船幸存者和死者数据
import pandas as pd
filepath = 'C:\\Users\\admin\\.spyder-py3\\test\\文件处理\\泰坦尼克数据集\\taitan.csv'
data = pd.read_csv(filepath)
# survived列代表是否获救，pclass代表坐在什么等级的船舱

        导入到数据中有数值型、字符串型数据，也存在缺失值，完整操作方法会在后续章节介绍。本节先使用性别sex、年龄age、几等舱pclass三项指标作为特征值，便于大家对决策树算法有个清晰的认识。

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2.2 数据预处理 

        选取性别、年龄、几等舱所谓特征。处理缺失值nan，采用平均年龄填充年龄的缺失值，划分特征值features和目标值data_targets。

Pandas中填充缺失值的操作：变量名.fillna()  

填充缺失数据方法：

（1）用某个值替换nan，返回新dataframe给新变量，原dataframe不变

        变量名.fillna(替换值)  

（2）直接对原dataframe修改，不产生返回值

        变量名.fillna(替换值,inplace=True)  

（3）使nan与前一行的值相同，默认所有nan都和前一行相同

        变量名.fillna(method='ffill')  

（4）使接下去的几个nan和前一行相同

        变量名.fillna(method='ffill',limit=数量n)  

#（2）数据处理
# 选取特征：几等仓、性别、年龄
features = data[['Pclass','Age','Sex']]
# 处理缺失值，缺失的年龄变成平均年龄
features['Age'].fillna(features['Age'].mean(),inplace=True)
# 获取目标值
data_targets = data['Survived']

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2.3 特征提取

        由于特征性别sex对应的值是字符串类型，而最终的训练函数.fit()中，我们需要输入的是数值类型数据或sparse矩阵。因此我们需要对sex这一列进行处理，将其转换为数值型sparse矩阵。有关sparse矩阵及文本特征抽取方法的介绍见该篇文章的1.4小节：【机器学习】(2) 朴素贝叶斯算法：原理、实例应用（文档分类预测）附python完整代码及数据集  

        

        本次特征提取我们需要借助字典特征提取的方法 DictVectorizer()，先从sklearn中导入该方法：from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer

        我举个例子帮助大家理解字典特征提取方法，首先我定义了一个由字典组成的列表，字典中有两个key，分别是fruit和price，将fruit对应的值'苹果''橘子''菠萝'从字符串类型转换成数值类型。要注意的是，vet.fit_transform() 函数中需要输入的类型是由字典构成的列表。这样才能将输入的文本类型转换成数值类型。用变量res接收sparse矩阵，使用 res.toarray() 函数将sparse矩阵转换成数组便于观察，vect.get_feature_names() 来获取sparse矩阵的特征名。

# 字典特征抽取
from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer
fruits = [{'fruit':'苹果','price':5},{'fruit':'橘子','price':5.9},{'fruit':'菠萝','price':9.9}]
# vect接收字典特征提取方法
vect = DictVectorizer()
# 提取特征，并变成sparse矩阵
res = vect.fit_transform(fruits)
# 转换成数组，看得更清晰
res_arr = res.toarray()
# 获取sparse矩阵的特征名
res_name = vect.get_feature_names()
# 特征名为'橘子''苹果''菠萝''price'

        0代表橘子，1代表苹果，2代表菠萝，列表的第一个字典中的fruit是苹果，因此0和2索引对应的数值为0，即不是橘子和菠萝，同理列表的第2和3个字典。通过字典特征抽取，将文本数据转变成数值类型数据。

         我们回到这个案例中进行特征抽取。现在的特征值是一个DataFrame类型，若想将文本数据转换数值数据，首先要将Dataframe数据转变成由字典组成的列表。借助.to_dict(orient = 'records')的方法，将特征值变成列表数据，用features接收，只有这种类型的数据才能传入vect.fit_transform()函数中，data_features接收的是类型转换后的sparse矩阵。

# sex特征是字符型数据，需要将其转换成数值类型，或变成sparse矩阵
from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer  #字典特征提取方法
vect = DictVectorizer()
# 将dataframe类型数据转换成由字典构成的列表：[{'pclass':3},{'age':20},{'sex':'male'}]
# 因为字典抽取方法vect.fit只能接收这种类型的数据
features = features.to_dict(orient = 'records')
# 提取特征值并转换成spase矩阵
data_features = vect.fit_transform(features)

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2.4 划分训练集和测试集

        一般采用75%的数据用于训练，25%用于测试，因此把数据进行训练之前，先要对数据划分。划分方法不再赘述，有疑惑的可看下文中的第2.3节：【机器学习】(2) 朴素贝叶斯算法：原理、实例应用（文档分类预测）附python完整代码及数据集

#（4）划分训练集和测试集
from sklearn.model_selection import train_test_split
x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(data_features,data_targets,test_size=0.25)

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2.5 决策树分类预测

#（5）使用决策树方法进行分类
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
# 接收决策树分类器
classifier = DecisionTreeClassifier()
# 训练数据输入,fit()只能识别数值类型，或sparse矩阵
classifier.fit(x_train,y_train)
# 评分法，准确率
accuracy = classifier.score(x_test,y_test)
# 预测
# result = classifier.predict(需要预测的x特征值数据)

        采用评分法.score()，得到该模型准确率在80%左右，如果需要预测.predict()函数输入的特征值x也需要是sparse数值型矩阵。本文就不写了，若果有兴趣的可在原数据的最后10行中划分特征值和目标值，特征值作为.predict()预测函数的输入，目标值用来预测验证最终预测结果的准确性。如果不会划分的话，可以看我前几篇机器学习文章，谢谢各位。

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数据集获取

https://github.com/fayduan/Kaggle_Titanic

完整代码如下

#（1）数据获取
# 导入泰坦尼克号沉船幸存者和死者数据
import pandas as pd
filepath = 'C:\\Users\\admin\\.spyder-py3\\test\\文件处理\\泰坦尼克数据集\\taitan.csv'
data = pd.read_csv(filepath)
# survived列代表是否获救，pclass代表坐在什么等级的船舱
 
#（2）数据处理
# 选取特征：几等仓、性别、年龄
features = data[['Pclass','Age','Sex']]
# 处理缺失值，缺失的年龄变成平均年龄
features['Age'].fillna(features['Age'].mean(),inplace=True)
# 获取目标值
data_targets = data['Survived']
 
##（3）特征抽取
# sex特征是字符型数据，需要将其转换成数值类型，或变成sparse矩阵
from sklearn.feature_extraction import DictVectorizer  #字典特征提取方法
vect = DictVectorizer()
# 将dataframe类型数据转换成由字典构成的列表：[{'pclass':3},{'age':20},{'sex':'male'}]
# 因为字典抽取方法vect.fit只能接收这种类型的数据
features = features.to_dict(orient = 'records')
 
# 提取特征值并转换成spase矩阵
data_features = vect.fit_transform(features)
 
#（4）划分训练集和测试集
from sklearn.model_selection import train_test_split
x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(data_features,data_targets,test_size=0.25)
 
#（5）使用决策树方法进行分类
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
# 接收决策树分类器
classifier = DecisionTreeClassifier()
# 训练数据输入,fit()只能识别数值类型，或sparse矩阵
classifier.fit(x_train,y_train)
# 评分法，准确率
accuracy = classifier.score(x_test,y_test)
# 预测
# result = classifier.predict(需要预测的x特征值数据)