机器学习的K—近邻算法

本文内容
1.k—近邻算法
2.从文本文件中解析或者导入数据
3.归一化数值

1.1 k-近邻算法的概述
优点:精确度高,对异常值不敏感,无数据输入的假定
缺点:计算复杂度高,空间复杂度高
适用数据范围:数值型和标称型

工作原理:存在一个样本数据集也称是训练样本集。样本集中每个数据都存在一个标签,即我们知道样本集中的数据和所属分类对用的关系。输入没有标签的新数据后,将新数据的每个特征和样本集的中的特征进行比较,然后算法提取样本集中特征最相似数据的(最近邻的)分类标签。一般来说,我们只选择样本集中前k个最相似的数据,此k就是k近邻算法的k的出处,一般k的值为不大于20的整数。最后,选择k个最相似数据中出现次数最多的分类,作为新数据的分类。

1.2构建简单地k近邻的分类器
from numpy import * #科学计算包模块
import operator #运算符模块

def classify0(inX,dataSet,labels,k):
dataSetSize=dataSet.shape[0] #shape是numpy中查看数组的维数,shape[0]查看第二维的长度
diffMat=tile(inX,(dataSetSize,1))-dataSet #使构造的inX形式和dataSetSize一样,然后采用欧式距离公式计算待测数据和测试数据的距离
sqDiffMat=diffMat**2
sqDistance=sqDiffMat.sum(axis=1)#axis=0表示矩阵的对应列相加,axis=1时表示矩阵的每一行相加,没有axis参数时就是普通相加
distances=sqDistance**0.5
sortedDistIndicies=distances.argsort()#输出排好序的元素的原始索引值
classCount={}

for i in range(k):
    voteIlabel=labels[sortedDistIndicies[i]]
    classCount[voteIlabel]=classCount.get(voteIlabel,0)+1#get函数返回指定的值,如果值不存在返回默认值0
sortedClassCount=sorted(classCount.items(),key=operator.itemgetter(1),reverse=True)
return sortedClassCount[0][0]

def createDataSet():
group=array([[1.0,1.1],[1.0,1.0],[0,0],[0,0.1]])
labels=[‘A’,’A’,’B’,’B’]
return group,labels
if name==”main“:
group,labels=createDataSet()
print(classify0([0.1,0.1],group,labels,3))

在if主函数中的classify0()函数的第一个参数可以改变值可以测试分类器的分类效率,下片文章介绍测试分类器和分类器的实际应用
如有侵权请私信联系作者,转发者不能以商业牟利为目的

### K近邻算法机器学习中的应用 #### K近邻算法简介 K近邻算法(K-Nearest Neighbors Algorithm),简称KNN,是一种简单却强大的监督学习算法,广泛应用于分类和回归任务中。此算法通过计算新数据点与其训练集中最接近的K个邻居的距离来进行预测;对于分类问题采用多数表决原则决定类别归属,而对于回归问题则取这些邻居目标变量值的平均作为预测结果[^1]。 #### 应用场景概述 由于其直观性和灵活性,K近邻算法能够处理多种类型的数据集并适应不同类型的业务需求。无论是图像识别还是推荐系统等领域都能见到它的身影。尤其当面对少量标注样本时表现尤为出色,因为不需要复杂的参数调整就能获得不错的效果[^2]。 #### Python代码示例:分类任务 下面给出一段利用`scikit-learn`库实现K近邻分类器的例子: ```python from sklearn.datasets import load_iris from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier from sklearn.metrics import accuracy_score # 加载鸢尾花数据集 data = load_iris() X, y = data.data, data.target # 划分训练集与测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3) # 创建KNN分类器对象,并指定k值为5 clf = KNeighborsClassifier(n_neighbors=5) # 训练模型 clf.fit(X_train, y_train) # 预测标签 y_pred = clf.predict(X_test) # 输出准确率 print(f"Accuracy: {accuracy_score(y_test, y_pred):.4f}") ``` 这段程序展示了如何加载经典鸢尾花数据集、划分训练/验证集合以及构建一个简单的KNN分类器完成物种预测的任务。 #### Python代码示例:回归任务 针对回归分析的需求,这里也提供了一个基于波士顿房价数据集的小例子说明怎样运用K近邻回归模型进行数值型输出变量的估计: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.datasets import fetch_openml from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.neighbors import KNeighborsRegressor from sklearn.metrics import mean_squared_error # 获取波士顿房价数据集 (注意实际使用时应考虑版本差异) boston = fetch_openml(name="house_prices", version=1, as_frame=True).frame[['RM', 'MEDV']] X = boston.drop(columns=['MEDV']).values.reshape(-1, 1) # 特征列 y = boston['MEDV'].values # 目标列 # 数据标准化预处理 scaler = StandardScaler().fit(X) X_scaled = scaler.transform(X) # 切割成训练组跟测试组 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_scaled, y, random_state=42) # 构建KNN回归器实例化对象设置n_neighbors参数等于4 regressor = KNeighborsRegressor(n_neighbors=4) # 对训练数据拟合 regressor.fit(X_train, y_train) # 测试集上做预测 predictions = regressor.predict(X_test) # 打印均方误差评估指标 mse_value = mean_squared_error(y_test, predictions) print(f'Mean Squared Error on Test Set is {mse_value:.4f}') # 绘制真实值对比图 indices = range(len(predictions)) plt.figure(figsize=(8,6), dpi=100) plt.plot(indices, y_test, color='red', linestyle='-', marker='', label='True Values') plt.plot(indices, predictions, color='blue', linestyle='--', marker='', label='Predicted Values') plt.title('Comparison Between True and Predicted House Prices Using KNN Regressor') plt.xlabel('Index of Samples') plt.ylabel('Median Value ($1000s)') plt.legend() plt.show(); ``` 上述脚本首先准备好了必要的输入特征向量及其对应的响应变量之后,接着进行了标准缩放变换以确保各维度间尺度一致从而不影响后续距离测量准确性;最后借助于matplotlib可视化工具包绘制出了原始观测值同由KNN回归得到的结果之间的比较曲线图以便更直观地理解二者之间关系[^4]。
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