K近邻k-Nearest Neighbor(KNN)算法的理解

本文介绍了K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)算法的基本概念,包括算法的优势和不足,并讨论了在实际应用中需要注意的问题。此外,还详细阐述了如何使用Python的scikit-learn库实现KNN算法。

一、KNN算法概述

KNN作为一种有监督分类算法,是最简单的机器学习算法之一,顾名思义,其算法主体思想就是根据距离相近的邻居类别,来判定自己的所属类别。算法的前提是需要有一个已被标记类别的训练数据集,具体的计算步骤分为一下三步:
1、计算测试对象与训练集中所有对象的距离,可以是欧式距离、余弦距离等,比较常用的是较为简单的欧式距离;
2、找出上步计算的距离中最近的K个对象,作为测试对象的邻居;
3、找出K个对象中出现频率最高的对象,其所属的类别就是该测试对象所属的类别。

二、算法优缺点

1、优点

思想简单,易于理解,易于实现,无需估计参数,无需训练;
适合对稀有事物进行分类;
特别适合于多分类问题。

2、缺点

懒惰算法,进行分类时计算量大,要扫描全部训练样本计算距离,内存开销大,评分慢;
当样本不平衡时,如其中一个类别的样本较大,可能会导致对新样本计算近邻时,大容量样本占大多数,影响分类效果;
可解释性较差,无法给出决策树那样的规则。

三、注意问题

1、K值的设定
K值设置过小会降低分类精度;若设置过大,且测试样本属于训练集中包含数据较少的类,则会增加噪声,降低分类效果。
### K-Nearest Neighbor (KNN) 分类算法原理 K-Nearest Neighbor (KNN) 是一种基于实例的学习方法,属于监督学习的范畴。它通过计算样本之间的距离来判断新样本所属的类别。KNN 的核心思想是:给定一个测试样本,根据其在特征空间中的 K 个最近邻训练样本的类别信息,对测试样本进行分类[^1]。 #### 距离度量 KNN 算法通常使用欧几里得距离(Euclidean Distance)作为样本之间的距离度量公式: ```math d(x_i, x_j) = \sqrt{\sum_{k=1}^{m} (x_{ik} - x_{jk})^2} ``` 其中 \(x_i\) 和 \(x_j\) 表示两个样本点,\(m\) 是特征维度的数量[^1]。 #### 分类决策规则 对于一个测试样本 \(x_q\)KNN 算法首先找到训练集中与 \(x_q\) 最近的 K 个样本,然后根据这些样本的类别信息决定 \(x_q\) 的类别。常见的决策规则包括以下两种: 1. **多数投票法**:选择 K 个最近邻样本中出现次数最多的类别作为测试样本的预测类别。 2. **加权投票法**:为每个最近邻样本赋予一个权重,权重与距离成反比。例如,可以使用以下公式计算权重: ```math w_i = \frac{1}{d(x_q, x_i)} ``` 其中 \(d(x_q, x_i)\) 是测试样本 \(x_q\) 和训练样本 \(x_i\) 之间的距离[^1]。 #### KNN 算法步骤 尽管 KNN 算法简单,但其实现过程需要明确以下几点: - 初始化参数 \(K\),即选择多少个最近邻样本参与分类。 - 计算测试样本与所有训练样本的距离。 - 根据选定的决策规则(如多数投票法或加权投票法)确定测试样本的类别。 #### KNN 的优缺点 - **优点**: - 简单易实现。 - 对于小规模数据集表现良好。 - **缺点**: - 计算复杂度较高,尤其是当训练集较大时。 - 对于高维数据,距离度量可能会失效(即“维度灾难”问题)。 ```python from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier import numpy as np # 示例代码 X_train = np.array([[1, 2], [2, 3], [3, 1]]) y_train = np.array([0, 0, 1]) X_test = np.array([[2.5, 2]]) knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3) knn.fit(X_train, y_train) prediction = knn.predict(X_test) print("Prediction:", prediction) ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值