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用Python實(shí)現(xiàn)KNN分類(lèi)算法

 更新時(shí)間:2017年12月22日 10:50:40   作者:玉米味土豆片  
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了用Python實(shí)現(xiàn)KNN分類(lèi)算法的相關(guān)資料,文中示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

本文實(shí)例為大家分享了Python KNN分類(lèi)算法的具體代碼,供大家參考,具體內(nèi)容如下

KNN分類(lèi)算法應(yīng)該算得上是機(jī)器學(xué)習(xí)中最簡(jiǎn)單的分類(lèi)算法了,所謂KNN即為K-NearestNeighbor(K個(gè)最鄰近樣本節(jié)點(diǎn))。在進(jìn)行分類(lèi)之前KNN分類(lèi)器會(huì)讀取較多數(shù)量帶有分類(lèi)標(biāo)簽的樣本數(shù)據(jù)作為分類(lèi)的參照數(shù)據(jù),當(dāng)它對(duì)類(lèi)別未知的樣本進(jìn)行分類(lèi)時(shí),會(huì)計(jì)算當(dāng)前樣本與所有參照樣本的差異大??;該差異大小是通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)在樣本特征的多維度空間中的距離來(lái)進(jìn)行衡量的,也就是說(shuō),如果兩個(gè)樣本點(diǎn)在在其特征數(shù)據(jù)多維度空間中的距離越近,則這兩個(gè)樣本點(diǎn)之間的差異就越小,這兩個(gè)樣本點(diǎn)屬于同一類(lèi)別的可能性就越大。KNN分類(lèi)算法利用這一基本的認(rèn)知,通過(guò)計(jì)算待預(yù)測(cè)樣本點(diǎn)與參照樣本空間中所有的樣本的距離,并找到K個(gè)距離該樣本點(diǎn)最近的參照樣本點(diǎn),統(tǒng)計(jì)出這最鄰近的K個(gè)樣本點(diǎn)中占比數(shù)量最多的類(lèi)別,并將該類(lèi)別作為預(yù)測(cè)結(jié)果。

KNN的模型十分簡(jiǎn)單,沒(méi)有涉及到模型的訓(xùn)練,每一次預(yù)測(cè)都需要計(jì)算該點(diǎn)與所有已知點(diǎn)的距離,因此隨著參照樣本集的數(shù)量增加,KNN分類(lèi)器的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)呈比例增加,并且KNN并不適合數(shù)量很少的樣本集。并且KNN提出之后,后續(xù)很多人提出了很多改進(jìn)的算法,分別從提高算法速率和提高算法準(zhǔn)確率兩個(gè)方向,但是都是基于“距離越近,相似的可能性越大”的原則。這里利用Python實(shí)現(xiàn)了KNN最原始版本的算法,數(shù)據(jù)集使用的是機(jī)器學(xué)習(xí)課程中使用得非常多的鶯尾花數(shù)據(jù)集,同時(shí)我在原數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上向數(shù)據(jù)集中添加了少量的噪聲數(shù)據(jù),測(cè)試KNN算法的魯棒性。

數(shù)據(jù)集用得是鶯尾花數(shù)據(jù)集,下載地址。

數(shù)據(jù)集包含90個(gè)數(shù)據(jù)(訓(xùn)練集),分為2類(lèi),每類(lèi)45個(gè)數(shù)據(jù),每個(gè)數(shù)據(jù)4個(gè)屬性 

Sepal.Length(花萼長(zhǎng)度),單位是cm;
Sepal.Width(花萼寬度),單位是cm;
Petal.Length(花瓣長(zhǎng)度),單位是cm;
Petal.Width(花瓣寬度),單位是cm;

分類(lèi)種類(lèi): Iris Setosa(山鳶尾)、Iris Versicolour(雜色鳶尾)
之前主打C++,近來(lái)才學(xué)的Python,今天想拿實(shí)現(xiàn)KNN來(lái)練練手,下面上代碼:

#coding=utf-8
import math
#定義鳶尾花的數(shù)據(jù)類(lèi)
class Iris:
 data=[]
 label=[]
 pass
#定義一個(gè)讀取鶯尾花數(shù)據(jù)集的函數(shù)
def load_dataset(filename="Iris_train.txt"):
 f=open(filename)
 line=f.readline().strip()
 propty=line.split(',')#屬性名
 dataset=[]#保存每一個(gè)樣本的數(shù)據(jù)信息
 label=[]#保存樣本的標(biāo)簽
 while line:
 line=f.readline().strip()
 if(not line):
 break
 temp=line.split(',')
 content=[]
 for i in temp[0:-1]:
 content.append(float(i))
 dataset.append(content)
 label.append(temp[-1])
 total=Iris()
 total.data=dataset
 total.label=label
 return total#返回?cái)?shù)據(jù)集
 
#定義一個(gè)Knn分類(lèi)器類(lèi)
class KnnClassifier:
 def __init__(self,k,type="Euler"):#初始化的時(shí)候定義正整數(shù)K和距離計(jì)算方式
 self.k=k
 self.type=type
 self.dataloaded=False
 def load_traindata(self,traindata):#加載數(shù)據(jù)集
 self.data=traindata.data
 self.label=traindata.label
 self.label_set=set(traindata.label)
 self.dataloaded=True#是否加載數(shù)據(jù)集的標(biāo)記
 
 def Euler_dist(self,x,y):# 歐拉距離計(jì)算方法,x、y都是向量
 sum=0
 for i,j in zip(x,y):
 sum+=math.sqrt((i-j)**2)
 return sum
 def Manhattan_dist(self,x,y):#曼哈頓距離計(jì)算方法,x、y都是向量
 sum=0
 for i,j in zip(x,y):
 sum+=abs(i-j)
 return sum
 def predict(self,temp):#預(yù)測(cè)函數(shù),讀入一個(gè)預(yù)測(cè)樣本的數(shù)據(jù),temp是一個(gè)向量
 if(not self.dataloaded):#判斷是否有訓(xùn)練數(shù)據(jù)
 print "No train_data load in"
 return
 distance_and_label=[]
 if(self.type=="Euler"):#判斷距離計(jì)算方式,歐拉距離或者曼哈頓距離
 for i,j in zip(self.data,self.label):
 dist=self.Euler_dist(temp,i)
 distance_and_label.append([dist,j])
 else:
 if(self.type=="Manhattan"):
 for i,j in zip(self.data,self.label):
 dist=self.Manhattan_dist(temp,i)
 distance_and_label.append([dist,j])
 else:
 print "type choice error"
 #獲取K個(gè)最鄰近的樣本的距離和類(lèi)別標(biāo)簽
 neighborhood=sorted(distance_and_label,cmp=lambda x,y : cmp(x[0],y[0]))[0:self.k]
 neighborhood_class=[]
 for i in neighborhood:
 neighborhood_class.append(i[1])
 class_set=set(neighborhood_class)
 neighborhood_class_count=[]
 print "In k nearest neighborhoods:"
 #統(tǒng)計(jì)該K個(gè)最鄰近點(diǎn)中各個(gè)類(lèi)別的個(gè)數(shù)
 for i in class_set:
 a=neighborhood_class.count(i)
 neighborhood_class_count.append([i,a])
 print "class: ",i," count: ",a
 result=sorted(neighborhood_class_count,cmp=lambda x,y : cmp(x[1],y[1]))[-1][0]
 print "result: ",result
 return result#返回預(yù)測(cè)的類(lèi)別
 
if __name__ == '__main__':
 traindata=load_dataset()#training data
 testdata=load_dataset("Iris_test.txt")#testing data
 #新建一個(gè)Knn分類(lèi)器的K為20,默認(rèn)為歐拉距離計(jì)算方式
 kc=KnnClassifier(20)
 kc.load_traindata(traindata)
 predict_result=[]
 #預(yù)測(cè)測(cè)試集testdata中所有待預(yù)測(cè)樣本的結(jié)果
 for i,j in zip(testdata.data,testdata.label):
 predict_result.append([i,kc.predict(i),j])
 correct_count=0
 #將預(yù)測(cè)結(jié)果和正確結(jié)果進(jìn)行比對(duì),計(jì)算該次預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率
 for i in predict_result:
 if(i[1]==i[2]):
 correct_count+=1
 ratio=float(correct_count)/len(predict_result)
 print "correct predicting ratio",ratio

測(cè)試集中11個(gè)待測(cè)樣本點(diǎn)的分類(lèi)結(jié)果:

In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 20
result: Iris-setosa
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 20
result: Iris-setosa
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 20
result: Iris-setosa
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 20
result: Iris-setosa
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 20
result: Iris-setosa
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-versicolor count: 20
result: Iris-versicolor
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-versicolor count: 20
result: Iris-versicolor
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-versicolor count: 20
result: Iris-versicolor
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-versicolor count: 20
result: Iris-versicolor
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-versicolor count: 20
result: Iris-versicolor
In k nearest neighborhoods:
class: Iris-setosa count: 18
class: Iris-versicolor count: 2
result: Iris-setosa
correct predicting ratio 0.909090909091

KNN中對(duì)距離的計(jì)算有很多種方法,不同的方法適用于不同的數(shù)據(jù)集,該代碼中只實(shí)現(xiàn)了歐拉距離和曼哈頓距離兩種計(jì)算方式;測(cè)試集中的數(shù)據(jù)是從原數(shù)據(jù)集中抽離出來(lái)的,數(shù)據(jù)量不是很大,結(jié)果并不能很好地體現(xiàn)KNN的性能,所以程序運(yùn)行結(jié)果僅供參考。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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