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2020-11-26 08:18:58 +01:00
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284
ID3.java Normal file
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@@ -0,0 +1,284 @@
/**
* Berechnung der Kenngrößen für den ID3-Algorithmus. Nachdem alle
* Datensätze gezählten wurden können Entropie und Informationsgewinn
* der Attribute und des Gesamtdatensatzes abgerufen werden.
*/
public class ID3 {
private int total_0 = 0, total_1 = 0;
private java.util.HashMap<String, Integer> counts;
public ID3() {
counts = new java.util.HashMap<String, Integer>();
}
/**
* Zählt die Attribute des übergebenen Passagiers.
*
* @param pPassenger Ein Passagier-Datensatz
*/
public void count( Passenger pPassenger ) {
count(pPassenger.survived);
count("clazz", pPassenger.clazz, pPassenger.survived);
count("sex", pPassenger.sex, pPassenger.survived);
count("age", pPassenger.age, pPassenger.survived);
count("sibsp", pPassenger.sibsp, pPassenger.survived);
count("parch", pPassenger.parch, pPassenger.survived);
count("embarked", pPassenger.embarked, pPassenger.survived);
}
/**
* Erhöht den Zähler für Überlebende / Verstobene Passagiere im
* gesamten Datensatz.
*
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
*/
public void count( int pSurvived ) {
if( pSurvived == 0 ) {
total_0 += 1;
} else {
total_1 += 1;
}
}
/**
* Erhöht den Zähler für die Kombination aus Attribut, Wert
* und Zielwert um Eins.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
*/
public void count( String pAttribute, int pValue, int pSurvived ) {
count(pAttribute, String.valueOf(pValue), pSurvived);
}
/**
* Erhöht den Zähler für die Kombination aus Attribut, Wert
* und Zielwert um Eins.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
*/
public void count( String pAttribute, String pValue, int pSurvived ) {
String name = getKey(pAttribute, pValue, pSurvived);
counts.put(name, counts.getOrDefault(name, 0) + 1);
}
/**
* @return Anzahl an bisher gezählten Datensätzen.
*/
public int getTotal() {
return total_0 + total_1;
}
/**
* Ermittelt die Anzahl an bisher gezählten Datensätzen, die den
* angegebenen Zielwert haben.
*
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
* @return Anzahl an passenden Datensätzen.
*/
public int getTotal( int pSurvived ) {
if( pSurvived == 0 ) {
return total_0;
} else {
return total_1;
}
}
/**
* Anzahl bisher gezählter Datensätze mit der angegebenen
* Attribut/Wert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public int getCount( String pAttribute, int pValue ) {
return getCount(pAttribute, String.valueOf(pValue));
}
/**
* Anzahl bisher gezählter Datensätze mit der angegebenen
* Attribut/Wert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public int getCount( String pAttribute, String pValue ) {
int anzahl_0 = getCount(pAttribute, pValue, 0);
int anzahl_1 = getCount(pAttribute, pValue, 1);
return anzahl_0 + anzahl_1;
}
/**
* Anzahl bisher gezählter Datensätze mit der angegebenen
* Attribut/Wert/Zielwert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
* @return
*/
public int getCount( String pAttribute, int pValue, int pSurvived ) {
return getCount(pAttribute, String.valueOf(pValue), pSurvived);
}
/**
* Anzahl bisher gezählter Datensätze mit der angegebenen
* Attribut/Wert/Zielwert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
* @return
*/
public int getCount( String pAttribute, String pValue, int pSurvived ) {
String name = getKey(pAttribute, pValue, pSurvived);
return counts.getOrDefault(name, 0);
}
/**
* Anteil des Zielwertes am Gesamtdatensatz.
*
* @param pSurvived 1 - überlebt, 0 - verstorben
* @return
*/
public double getRatio( int pSurvived ) {
return (double) getTotal(pSurvived) / (double) getTotal();
}
/**
* Anteil der Datensätze mit der übergebenen Attribut/Wert
* Kombination am Gesamtdatensatz.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double getRatio( String pAttribute, int pValue ) {
return getRatio(pAttribute, String.valueOf(pValue));
}
/**
* Anteil der Datensätze mit der übergebenen Attribut/Wert
* Kombination am Gesamtdatensatz.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double getRatio( String pAttribute, String pValue ) {
return (double) getCount(pAttribute, pValue) / (double) getTotal();
}
/**
* Anteil der Datensätze mit der übergebenen Attribut/Wert/Zielwert
* Kombination am Gesamtdatensatz.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double getRatio( String pAttribute, int pValue, int pSurvived ) {
return getRatio(pAttribute, String.valueOf(pValue), pSurvived);
}
/**
* Anteil der Datensätze mit der übergebenen Attribut/Wert/Zielwert
* Kombination am Gesamtdatensatz.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double getRatio( String pAttribute, String pValue, int pSurvived ) {
return (double) getCount(pAttribute, pValue, pSurvived) / (double) getCount(pAttribute, pValue);
}
/**
* Entropie des Gesamtdatensatzes.
*
* @return
*/
public double entropie() {
double ratio_0 = getRatio(0);
double ratio_1 = getRatio(1);
return -1 * ratio_0 * log2(ratio_0) - ratio_1 * log2(ratio_1);
}
/**
* Entropie der Attribut/Wert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double entropie( String pAttribute, int pValue ) {
return entropie(pAttribute, String.valueOf(pValue));
}
/**
* Entropie der Attribut/Wert Kombination.
*
* @param pAttribute Name des Attributs
* @param pValue Konkreter Wert des Attributs
* @return
*/
public double entropie( String pAttribute, String pValue ) {
double ratio_0 = getRatio(pAttribute, pValue, 0);
double ratio_1 = getRatio(pAttribute, pValue, 1);
return -1 * ratio_0 * log2(ratio_0) - ratio_1 * log2(ratio_1);
}
/**
* Informationsgewinn eines Attributs.
*
* @param pAttribute
* @return
*/
public double informationgain( String pAttribute ) {
double ig = entropie();
String[] values = Passenger.getValues(pAttribute);
for( int j = 0; j < values.length; j++ ) {
String value = values[j];
if( getCount(pAttribute, value) > 0 ) {
double a = getRatio(pAttribute, value);
double e = entropie(pAttribute, value);
ig -= (a * e);
}
}
return ig;
}
/**
* Hilfsfunktion zur Berechnung des Logarithmus zu Basis 2.
*
* @param x
* @return
*/
private double log2( double x ) {
return Math.log10(x) / Math.log10(2);
}
/**
* Hilfsfunktion um aus einer Attribut/Wert/Zielwert Kombination
* einen Hash-Key zu genereieren.
*
* @param attribut
* @param wert
* @param ziel
* @return
*/
private String getKey( String attribut, String wert, int ziel ) {
return attribut + ":" + wert + ":" + ziel;
}
}