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java实现决策树算法

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决策树

package decisiontree;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class DecisionTree {

	public static Map<String, Item> train(String[][] trainData) {
		Map<String, Item> model = new HashMap<String, Item>();
		List<String[]> trainingDataList = new ArrayList<String[]>();

		for (int i = 0; i < trainData.length; i++) {
			trainingDataList.add(trainData[i]);
		}

		Set<Integer> handledSet = new HashSet<Integer>();

		train(model, Item.ROOT_EKY, handledSet, trainingDataList);

		return model;
	}

	private static void train(Map<String, Item> model, String currentKey, Set<Integer> handledSet, List<String[]> trainingDataList) {
		double entropyValue = getEntropyValue(trainingDataList);

		if (Math.abs(entropyValue) < Double.MIN_VALUE) {
			// all are the same value

			Item modelItem = new Item(currentKey, trainingDataList.get(0)[trainingDataList.get(0).length - 1]);
			model.put(modelItem.key, modelItem);

		} else {
			// not the only value
			double minEntropyValue = Double.MAX_VALUE;
			Map<String, List<String[]>> minEntropySplitDataMap = null;
			int minEntropyAttrIndex = -1;
			for (int i = 0; i <= trainingDataList.get(0).length - 2; i++) {
				if (!handledSet.contains(i)) {
					Map<String, List<String[]>> splitData = getSplitData(trainingDataList, i);
					entropyValue = getTotalEntropyValue(splitData);
					if (entropyValue < minEntropyValue) {
						minEntropySplitDataMap = splitData;
						minEntropyAttrIndex = i;
						minEntropyValue = entropyValue;
					}
				}
			}

			handledSet.add(minEntropyAttrIndex);

			if (minEntropySplitDataMap.size() == 1) {
				// there is only value in result list, skip this attribute;
				train(model, currentKey, handledSet, trainingDataList);
			} else {
				// there are more than one attribute value
				Item modelItem = new Item(currentKey, null);
				modelItem.currentIndex = minEntropyAttrIndex;
				model.put(modelItem.key, modelItem);

				for (String attrKey : minEntropySplitDataMap.keySet()) {
					String subKey = getKey(currentKey, minEntropyAttrIndex, attrKey);
					train(model, subKey, handledSet, minEntropySplitDataMap.get(attrKey));
				}

			}

			handledSet.remove(minEntropyAttrIndex);

		}
	}

	private static String getKey(String parentKey, int attrIndex, String value) {
		String key = "";

		if (parentKey == null || parentKey.trim().length() == 0) {
			key = String.valueOf(attrIndex) + "-" + value;
		} else {
			key = parentKey + "-" + String.valueOf(attrIndex) + "-" + value;
		}

		return key;
	}

	private static double getTotalEntropyValue(Map<String, List<String[]>> splitData) {
		double rtn = 0;

		for (List<String[]> itemList : splitData.values()) {
			rtn += getEntropyValue(itemList);
		}

		return rtn;
	}

	private static double getEntropyValue(List<String[]> splitData) {
		double rtn = 0;
		Map<String, AtomicInteger> countMap = new HashMap<String, AtomicInteger>();

		for (String[] itemData : splitData) {
			String value = itemData[itemData.length - 1];
			if (!countMap.containsKey(value)) {
				countMap.put(value, new AtomicInteger(0));
			}

			countMap.get(value).getAndIncrement();
		}

		for (AtomicInteger count : countMap.values()) {
			double probability = 1.0d * count.get() / splitData.size();
			rtn -= probability * Math.log(probability) / Math.log(2.0);
		}

		return rtn;
	}

	private static Map<String, List<String[]>> getSplitData(List<String[]> data, int i) {
		Map<String, List<String[]>> rtn = new HashMap<String, List<String[]>>();

		for (String[] itemData : data) {
			String value = itemData[i];
			List<String[]> itemDataList = rtn.get(value);
			if (itemDataList == null) {
				itemDataList = new ArrayList<String[]>();
				rtn.put(value, itemDataList);
			}
			itemDataList.add(itemData);
		}

		return rtn;
	}

	public static void saveModel(String fileName, Map<String, Item> model) {
		try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(fileName));) {
			for (Item item : model.values()) {
				writer.write(item.toStr());
				writer.write("\n");
			}

		} catch (Exception e) {
			System.out.println("save Model error");
		}
	}

	public static Map<String, Item> loadModel(String fileName) {
		Map<String, Item> model = new HashMap<String, Item>();
		try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName));) {

			String lineStr = reader.readLine();
			while (lineStr != null) {
				if (lineStr.trim().length() > 0) {
					String[] itemStr = (lineStr + ",^^").split(",");
					if (itemStr.length == 4) {
						Item itme = new Item(itemStr[1], itemStr[2]);
						if (itemStr[0] != null && itemStr[0].trim().length() > 0) {
							itme.currentIndex = Integer.valueOf(itemStr[0]);
						}

						model.put(itme.key, itme);
					} else {
						System.out.println("Error model line:" + lineStr);
					}
				}

				lineStr = reader.readLine();
			}

		} catch (Exception e) {
			System.out.println("load model error");
		}

		return model;
	}

	public static String getValue(Map<String, Item> model, String[] fieldValues) {
		String rtn = null;

		if (model != null && model.size() > 0) {
			rtn = getValueFromModel(model, Item.ROOT_EKY, fieldValues);
		}

		return rtn;
	}

	private static String getValueFromModel(Map<String, Item> model, String key, String[] fieldValues) {
		String rtn = null;

		Item item = model.get(key);
		if (item != null) {
			if (item.value != null && item.value.trim().length() > 0) {
				return item.value;
			} else {
				String fieldValue = fieldValues[item.currentIndex];
				String fieldIndex = String.valueOf(item.currentIndex);
				String currentKey = null;
				if (key != null && key.trim().length() > 0) {
					currentKey = key + Item.KEY_SEPARATOR + fieldIndex + Item.KEY_SEPARATOR + fieldValue;
				} else {
					currentKey = fieldIndex + Item.KEY_SEPARATOR + fieldValue;
				}

				rtn = getValueFromModel(model, currentKey, fieldValues);
			}

		}

		return rtn;
	}

}

 

    item

public class Item {
	public static final String KEY_SEPARATOR = "-";
	public static final String STR_SEPARATOR = ",";
	public static final String ROOT_EKY = "";

	public String parentKey = null;

	public String key = "";

	public String value = null;

	public int currentIndex = -1;

	public Item(String key, String value) {
		super();
		this.key = key;
		this.value = value;
	}

	public String toStr() {
		StringBuilder b = new StringBuilder();
		if (currentIndex >= 0) {
			b.append(String.valueOf(currentIndex));
		}
		b.append(STR_SEPARATOR);

		if (key != null) {
			b.append(key);
		}
		b.append(STR_SEPARATOR);
		if (value != null) {
			b.append(value);
		}

		return b.toString();
	}

}

 

简单的训练数据(最后一列为目标属性)

A,C,A

A,D,A

A,A,A

B,C,B

C,C,C

 

序列化的模型(下个属性列序号, Key:列序号1-列属性1-列序号2-列属性2,目标属性)

0,,

,0-A,A

,0-B,B

,0-C,C

 

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