R语言实现手写数字分类——支持向量机

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本文介绍了如何使用R语言实现手写数字分类器,基于支持向量机(SVM)算法,结合MNIST数据集进行预处理、训练和评估,展示R语言在机器学习领域的应用。

R语言实现手写数字分类——支持向量机

支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种强大的机器学习算法,可以用于分类和回归问题。在本文中,我们将使用R语言来实现一个手写数字分类器,利用支持向量机算法对手写数字进行准确的分类。

首先,我们需要准备数据集。在这个示例中,我们将使用经典的手写数字数据集MNIST,该数据集包含了大量的手写数字图像,每个图像都对应一个标签表示它所代表的数字。我们将使用R中的mnist库来加载数据集。

install.packages("mnist")
library(mnist)

# 加载训练集和测试集
train_images <- mnist$load('train-images-idx3-ubyte')
train_labels <- mnist$load('train-labels-idx1-ubyte')
test_images <- mnist$load('t10k-images-idx3-ubyte')
test_labels <- mnist$load('t10k-labels-idx1-ubyte')

接下来,我们需要对数据进行预处理。由于SVM算法对数据的尺度敏感,我们将对图像进行标准化处理,将像素值缩放到0到1之间。同时,我们将把图像数据转换为矩阵格式,以方便后续的处理。

# 数据预处理
train_images <- train_images / 255
test_images <- test_image

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基于R语言的自编码器(autoencoder)可视化图像的方法,可以通过以下步骤进行: 1. 导入必要的库和数据集,比如MNIST手写数字数据集。 ```R library(keras) library(ggplot2) library(gridExtra) mnist <- dataset_mnist() x_train <- mnist$train$x y_train <- mnist$train$y x_test <- mnist$test$x y_test <- mnist$test$y ``` 2. 对图像进行预处理,将像素值归一化到0-1之间。 ```R x_train <- x_train / 255 x_test <- x_test / 255 ``` 3. 构建自编码器模型,使用Keras库实现。 ```R input_img <- layer_input(shape = c(784)) encoded <- input_img %>% layer_dense(units = 128, activation = "relu") %>% layer_dense(units = 64, activation = "relu") %>% layer_dense(units = 32, activation = "relu") decoded <- encoded %>% layer_dense(units = 64, activation = "relu") %>% layer_dense(units = 128, activation = "relu") %>% layer_dense(units = 784, activation = "sigmoid") autoencoder <- keras_model(inputs = input_img, outputs = decoded) ``` 4. 训练自编码器模型,并使用测试集对其进行评估。 ```R autoencoder %>% compile(optimizer = 'adam', loss = 'binary_crossentropy') autoencoder %>% fit(x_train, x_train, epochs = 50, batch_size = 256, shuffle = TRUE, validation_data = list(x_test, x_test)) decoded_imgs <- predict(autoencoder, x_test) ``` 5. 可视化原始图像和重构图像,对比两者的差异。 ```R n <- 10 original <- x_test[1:n, ] reconstructed <- decoded_imgs[1:n, ] original_m <- matrix(original, ncol = 28, byrow = TRUE) reconstructed_m <- matrix(reconstructed, ncol = 28, byrow = TRUE) original_gg <- ggplot() + geom_raster(aes(x = 1:28, y = 1:28, fill = original_m)) + scale_fill_gradient(low = "white", high = "black") reconstructed_gg <- ggplot() + geom_raster(aes(x = 1:28, y = 1:28, fill = reconstructed_m)) + scale_fill_gradient(low = "white", high = "black") grid.arrange(original_gg, reconstructed_gg, ncol = 2) ``` 以下是支持向量机(SVM)结果可视化的方法: 1. 导入必要的库和数据集,比如Iris鸢尾花数据集。 ```R library(e1071) library(ggplot2) iris <- datasets::iris() ``` 2. 对数据集进行预处理,将类别变量转化为数值变量,并将数据集分为训练集和测试集。 ```R iris$Species <- as.numeric(iris$Species) set.seed(123) train_index <- sample(1:nrow(iris), 100) train_data <- iris[train_index, ] test_data <- iris[-train_index, ] ``` 3. 构建SVM模型,并对其进行训练和测试。 ```R svm_model <- svm(Species ~ ., data = train_data, kernel = "linear", cost = 1) svm_pred <- predict(svm_model, test_data[-4]) svm_acc <- sum(svm_pred == test_data[, 5]) / nrow(test_data) * 100 ``` 4. 可视化SVM结果,使用ggplot2库绘制分类边界和数据点。 ```R svm_plot <- ggplot(train_data, aes(x = Sepal.Length, y = Petal.Length, color = factor(Species))) + geom_point(size = 3) + geom_smooth(method = "svm", formula = y ~ x, data = train_data, size = 1) + scale_color_discrete(name = "Species") + ggtitle(paste0("SVM Accuracy: ", svm_acc, "%")) svm_plot ``` 绘制的图像中,不同颜色的点表示不同类别的数据点,分类边界用实线表示。我们可以通过调整SVM模型的参数和选择不同的kernel,来获得更好的分类效果。
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