【分类模型】基于BP神经网络、SOftmax分类器、KNN、LDA、贝叶斯网络实现气体数据分类附matlab代码

本文探讨了使用UCI机器学习库中的气体传感器数据训练多种分类器的效果,包括Bayes、BP、Elman、KNN、LDA、RBF和Softmax。在固定参数条件下,对600个训练样本和3000个测试样本进行实验,结果显示Softmax分类器表现出最佳的准确率,达到了98.1667%。同时,注意到传感器随着时间的漂移可能影响分类效果,这是一个需要解决的问题。

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1 简介

本文以气体传感器收集的数据来训练几种不同的分类器,并测试了正确率

这里仅演示了最基本的使用方法,各个参数的设定还是参考帮助文档为好。

数据来源:http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Gas+Sensor+Array+Drift+Dataset

数据分为6类气体,由不同的时间段采集,并由时间段分成了10个数据集,各个数据集的详细情况可以见网站的说明。总之,这里有6类气体的数据,不过需要注意的时,由于传感器材质或工艺水平的原因,随着时间的变化,传感器本身会产生漂移。因此,如果用第10个batch上的数据来训练一个分类器,用第1个batch上面的数据来进行测试,正确率可能会很低。这也是现在需要解决的问题。

训练数据600个,测试数据3000个,

固定初始参数时,各个分类器的正确率如下:

Bayes: 60%

BP: 90.5%

Elman: 77.5%

KNN: 97.5333%

LDA: 84.4667%

RBF: 97.7%

Softmax: 98.1667%

2 部分代码

% /* %  * Expanse@yeah.net 2018/07/27%  * 每一列表示一个样本%  */clear; clc;load Batch.mat C_data C_label;  % 加载数据Data = C_data{10};              % 数据Label = C_label{10};            % 标签indices = crossvalind('Kfold',3600,6);      % 随机trainindices = (indices == 1);        testindices = ~trainindices;  traindata = Data(:, trainindices);    testdata = Data(:, testindices);    % 训练数据600个trainlabel = Label(:, trainindices);  testlabel = Label(:, testindices);  % 测试数据3000个% 数据归一化(可选)[traindata,PS]=mapminmax(traindata,0,1);              %要进行一次转置,这样的归一化是对列(也就是每个传感器响应曲线)的归一化,也有的是对每一次采样得到的数据进行归一化。 testdata=mapminmax('apply',testdata,PS);setdemorandstream(pi);        % 固定随机值Softmaxnet = trainSoftmaxLayer(traindata,trainlabel,'MaxEpoch',500);Y = Softmaxnet(testdata);    % 统计分类正确率figureplotconfusion(testlabel,Y);testClassPrediction=compet(Y);testClass=vec2ind(testClassPrediction);ttest=vec2ind(testlabel);count = sum(testClass == ttest);Accuracy = 100*count/length(testlabel);disp('the Accuracy is ');disp(Accuracy);figureplot(testClass ,'ro-');hold onplot(ttest ,'b*-');legend('SOFTmax预测值','真实值')xlabel('样本')title(['准确率=',num2str(Accuracy)])

3 仿真结果

4 参考文献

博主简介:擅长智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划、无人机等多种领域的Matlab仿真,相关matlab代码问题可私信交流。

部分理论引用网络文献,若有侵权联系博主删除。

<think>好的,我现在要帮助用户将他们的代码中的MNIST数据集替换为UCI气体传感器阵列数据集。首先,我需要了解用户当前使用的代码是基于MNIST的,可能使用了scikit-learn的fetch_openml来加载数据。而UCI气体传感器数据集的结构可能与MNIST不同,所以需要调整数据加载、预处理和模型适配的步骤。 首先,数据加载部分。用户之前用的是MNIST,通过fetch_openml获取。而UCI数据集可能需要从CSV文件加载。我需要检查UCI气体传感器数据集的格式,通常是一个包含多个气体传感器读数的CSV文件,可能包含特征列和标签列。用户需要下载数据集并放置在正确的路径下,然后使用pandas读取CSV文件。例如,使用pd.read_csv('Dataset.csv')。 接下来是数据预处理。MNIST是图像数据,已经归一化到0-1之间,而气体传感器数据可能是不同量纲的连续数值,需要进行标准化或归一化。可能需要使用StandardScaler或MinMaxScaler。此外,数据可能包含缺失值或需要特征工程,比如处理时间序列数据,但暂时假设用户的数据已经比较干净,只需要基本的预处理。 然后是数据划分。MNIST通常是分割为训练集和测试集,用户可能用的是train_test_split,这里需要同样处理。将特征X和标签y分开后,进行划分。 模型适配部分,原本的模型可能是用于分类的,比如使用MNIST的手写数字识别。而UCI气体传感器数据集可能也是一个分类任务,比如气体类型识别,所以模型结构可能不需要大改,但需要注意输入层的维度是否匹配。MNIST的输入是784个特征(28x28像素),而气体传感器数据可能有多个传感器读数,特征数量不同,所以需要调整输入层的节点数。 另外,数据标签的处理可能需要改变。MNIST的标签是0-9的数字,而气体传感器数据集可能有不同的类别,需要确认类别数量和编码方式,比如使用LabelEncoder将类别标签转换为整数。 还需要注意数据加载后的特征和标签的提取是否正确。例如,UCI数据集中的特征列和标签列的位置,可能需要指定哪些列是特征,哪些是标签。用户需要根据具体的数据集结构进行调整。 可能遇到的问题包括数据格式不一致,比如UCI数据集中存在非数值数据或缺失值,需要处理。此外,数据规模不同,可能需要调整批量大小或训练轮数。另外,模型的结构是否需要调整,比如隐藏层的数量或节点数,可能需要根据新数据集的复杂度进行优化。 总结步骤:下载UCI数据集,使用pandas加载CSV,分割特征和标签,预处理数据(标准化),划分训练测试集,调整模型输入层的维度,可能调整输出层的类别数,然后进行训练和评估。 需要确保用户正确替换数据加载部分,正确处理特征和标签,并进行必要的数据预处理。同时,检查模型的输入输出是否与新数据集匹配,避免维度不匹配的错误。</think>需要从以下五个步骤进行代码修改适配: 一、数据集获取与加载 1. 访问UCI气体传感器数据集页面下载CSV文件 2. 使用pandas进行数据加载: ```python import pandas as pd gas_data = pd.read_csv('GasSensorArrayDataset.csv') X = gas_data.iloc[:, 1:-1] # 假设第一列是时间戳,最后一列是类别 y = gas_data.iloc[:, -1] ``` 二、数据预处理 1. 标准化处理(传感器数据通常需要标准化): ```python from sklearn.preprocessing import StandardScaler scaler = StandardScaler() X_scaled = scaler.fit_transform(X) ``` 2. 标签编码(若类别为字符串): ```python from sklearn.preprocessing import LabelEncoder le = LabelEncoder() y_encoded = le.fit_transform(y) ``` 三、数据集划分 ```python from sklearn.model_selection import train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( X_scaled, y_encoded, test_size=0.2, random_state=42) ``` 四、模型适配调整 假设原MNIST模型结构为: ```python from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier model = RandomForestClassifier(n_estimators=100) ``` 需要确认: 1. 输入维度是否匹配(通过X.shape[1]获取特征数) 2. 输出类别数设置: ```python n_classes = len(le.classes_) # 如果是神经网络需调整输出层节点数 ``` 五、完整代码示例 ```python # 数据加载 gas_data = pd.read_csv('GasSensorArrayDataset.csv') X = gas_data.iloc[:, 1:-1] y = gas_data.iloc[:, -1] # 预处理 X_scaled = StandardScaler().fit_transform(X) y_encoded = LabelEncoder().fit_transform(y) # 数据划分 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( X_scaled, y_encoded, test_size=0.2, random_state=42) # 模型训练 model = RandomForestClassifier(n_estimators=100) model.fit(X_train, y_train) # 评估 print("准确率:", model.score(X_test, y_test)) ``` 注意事项: 1. 需检查数据集中的时间序列特性是否需要特殊处理[^3] 2. 传感器数据可能存在的噪声建议增加滤波处理 3. 不同气体浓度分布不均衡时需采用分层抽样
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