Decision_tree.py

import streamlit as st
import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier
from sklearn.metrics import accuracy_score
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.metrics import confusion_matrix



class Decision_tree_st:
    def __init__(self, database, test_size=0.2):
        self.database = database
        self.test_size = test_size
        self.desc = r'''
        # **Decision Tree**

        **Entropy**

        $$
        E = - \sum p(X) \cdot log_{2}(p(X))
        $$

        $$
        p(X) = \frac{len(x)}{n}
        $$

        **Ganancia de información**

        $$
        IG = E(parent) - [weight \quad average] \cdot E(children)
        $$

        **Método (para construir el árbol)**

        - Se comienza desde el primer nodo y para cada se selecciona la mejor separación en base a la ganancia de información.
        - De la ganancia de información más alta se rescata la variable y el límite.
        - Luego se aplica la segmentación a cada nodo, en base a la variable y limite encontrado.
        - Se itera con estos pasos hasta cumplirse algún criterio
         - **maximium depth**: cantidad de nodos máximos al final
         - **minimum samples**: cantidad mínima de elementos que puede tener los nodos
         - **no more class distribution**: No existen más elementos para segmentar

        **Aproximación (predicción)**

        - Se sigue las segmentaciones en el orden del árbol (de arriba a abajo)
        - Cuando se llega a un nodo al final del árbol se predice según el valor más común en esa muestra.


        '''
        self.max_depth = 100
        self.min_samples_split = 2
        self.stop_criterion = 'max_depth'

    def params(self):
        self.stop_criterion = st.radio('Criterio de termino:', options=['max_depth', 'min_samples_split'])
        if self.stop_criterion == 'max_depth': self.max_depth = st.slider('Valor max deph:', 1, 100, 10)
        elif self.stop_criterion == 'min_samples_split': self.min_samples_split = st.slider('Valor min_samples_split:', 2, 1000, 5)


    def solve(self):
        self.X, self.y = self.database.data, self.database.target
        X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(self.X, self.y, test_size=self.test_size, random_state=1234)
        if self.stop_criterion == 'max_depth': self.sklearn_clf = DecisionTreeClassifier(max_depth=self.max_depth, random_state=1234)
        elif self.stop_criterion == 'min_samples_split': self.sklearn_clf = DecisionTreeClassifier(min_samples_split=self.min_samples_split, random_state=1234)

        self.sklearn_clf.fit(X_train, y_train)
        y_pred = self.sklearn_clf.predict(X_test)
        acc = accuracy_score(y_pred, y_test)

        c1, c2 = st.columns([4, 1])
        c2.metric('Acierto', value=f'{np.round(acc, 2)*100}%')
        df = pd.DataFrame(confusion_matrix(y_pred, y_test))
        labels = self.database.target_names
        df.columns = labels
        df.index = labels
        c1.write('**Confusion Matrix**')
        c1.dataframe(df)

    def visualization(self):
        n_features = int(self.database.data.shape[1])
        self.x_feature = st.slider('Variables en eje x', 1, n_features, 1)
        self.y_feature = st.slider('Variables en eje y', 1, n_features, 2)

        self.X = np.c_[self.database.data[:, self.x_feature-1:self.x_feature], self.database.data[:, self.y_feature-1:self.y_feature]]
        self.y = self.database.target
        X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(self.X, self.y, test_size=self.test_size, random_state=1234)
        if self.stop_criterion == 'max_depth': self.sklearn_clf = DecisionTreeClassifier(max_depth=self.max_depth, random_state=1234)
        elif self.stop_criterion == 'min_samples_split': self.sklearn_clf = DecisionTreeClassifier(min_samples_split=self.min_samples_split, random_state=1234)
        self.sklearn_clf.fit(X_train, y_train)

        x1_min, x1_max = self.X[:, 0].min() - 0.5, self.X[:, 0].max() + 0.5
        x2_min, x2_max = self.X[:, 1].min() - 0.5, self.X[:, 1].max() + 0.5
        h = 0.02 # Salto que vamos dando
        x1_i = np.arange(x1_min, x1_max, h)
        x2_i = np.arange(x2_min, x2_max, h)
        x1_x1, x2_x2 = np.meshgrid(x1_i, x2_i)
        y_pred = self.sklearn_clf.predict(np.c_[x1_x1.ravel(), x2_x2.ravel()])
        y_pred = y_pred.reshape(x1_x1.shape)

        plt.figure(1, figsize=(12, 8))
        plt.pcolormesh(x1_x1, x2_x2, y_pred, cmap=plt.cm.Paired)
        plt.scatter(self.X[:, 0], self.X[:, 1], c=self.y, edgecolors='k', cmap=plt.cm.Paired)
        plt.xlim(x1_x1.min(), x1_x1.max())
        plt.ylim(x2_x2.min(), x2_x2.max())
        return plt.gcf()