決策樹/範例三: Plot the decision surface of a decision tree on the iris dataset

http://scikit-learn.org/stable/auto_examples/tree/plot_iris.html#sphx-glr-auto-examples-tree-plot-iris-py

此範例利用決策樹分類器將資料集進行分類，找出各類別的分類邊界。以鳶尾花資料集當作範例，每次取兩個特徵做訓練，個別繪製不同品種的鳶尾花特徵的分布範圍。對於每對的鳶尾花特徵，決策樹學習推斷出簡單的分類規則，構成決策邊界。

範例目的：

1. 資料集：iris 鳶尾花資料集
2. 特徵：鳶尾花特徵
3. 預測目標：是哪一種鳶尾花
4. 機器學習方法：decision tree 決策樹

(一)引入函式庫及內建測試資料庫

• from sklearn.datasets import load_iris將鳶尾花資料庫存入，iris為一個dict型別資料。
  
• 每筆資料中有4個特徵，一次取2個特徵，共有6種排列方式。
  
• X (特徵資料) 以及 y (目標資料)。
  
• DecisionTreeClassifier 建立決策樹分類器。
  

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
iris = load_iris()
for pairidx, pair in enumerate([[0, 1], [0, 2], [0, 3],
                                [1, 2], [1, 3], [2, 3]]):
    X = iris.data[:, pair]
    y = iris.target

(二)建立Decision Tree分類器

建立模型及分類器訓練

• DecisionTreeClassifier():決策樹分類器。
  
• fit(特徵資料, 目標資料)：利用特徵資料及目標資料對分類器進行訓練。
  

clf = DecisionTreeClassifier().fit(X, y)

(三)繪製決策邊界及訓練點

• np.meshgrid：利用特徵之最大最小值，建立預測用網格 xx, yy
  
• clf.predict：預估分類結果。
  
• plt.contourf：繪製決策邊界。
  
• plt.scatter(X,y)：將X、y以點的方式繪製於平面上，c為數據點的顏色，label為圖例。
  

plt.subplot(2, 3, pairidx + 1)
x_min, x_max = X[:, 0].min() - 1, X[:, 0].max() + 1
y_min, y_max = X[:, 1].min() - 1, X[:, 1].max() + 1
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, plot_step),
                     np.arange(y_min, y_max, plot_step))
Z = clf.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) #np.c_ 串接兩個list,np.ravel將矩陣變為一維
Z = Z.reshape(xx.shape)
cs = plt.contourf(xx, yy, Z, cmap=plt.cm.Paired)
plt.xlabel(iris.feature_names[pair[0]])
plt.ylabel(iris.feature_names[pair[1]])
plt.axis("tight")
for i, color in zip(range(n_classes), plot_colors):
    idx = np.where(y == i)
    plt.scatter(X[idx, 0], X[idx, 1], c=color, label=iris.target_names[i],
                cmap=plt.cm.Paired)
plt.axis("tight")

(四)完整程式碼

print(__doc__)
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
# Parameters
n_classes = 3
plot_colors = "bry"
plot_step = 0.02
# Load data
iris = load_iris()
for pairidx, pair in enumerate([[0, 1], [0, 2], [0, 3],
                                [1, 2], [1, 3], [2, 3]]):
    # We only take the two corresponding features
    X = iris.data[:, pair]
    y = iris.target
    # Train
    clf = DecisionTreeClassifier().fit(X, y)
    # Plot the decision boundary
    plt.subplot(2, 3, pairidx + 1)
    x_min, x_max = X[:, 0].min() - 1, X[:, 0].max() + 1
    y_min, y_max = X[:, 1].min() - 1, X[:, 1].max() + 1
    xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, plot_step),
                         np.arange(y_min, y_max, plot_step))
    Z = clf.predict(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]) #np.c_ 串接兩個list,np.ravel將矩陣變為一維
    Z = Z.reshape(xx.shape)
    cs = plt.contourf(xx, yy, Z, cmap=plt.cm.Paired)
    plt.xlabel(iris.feature_names[pair[0]])
    plt.ylabel(iris.feature_names[pair[1]])
    plt.axis("tight")
    # Plot the training points
    for i, color in zip(range(n_classes), plot_colors):
        idx = np.where(y == i)
        plt.scatter(X[idx, 0], X[idx, 1], c=color, label=iris.target_names[i],
                    cmap=plt.cm.Paired)
    plt.axis("tight")
plt.suptitle("Decision surface of a decision tree using paired features")
plt.legend()
plt.show()