机器学习K近邻算法——python详细代码解析(sklearn)(1)

K 近邻算法(K-Nearest Neighbor, KNN)属于一种简单且具有 “懒惰” 特性的监督式学习算法。其简单之处在于不进行参数估计,仅考量特征变量间的距离,以此解决分类或回归问题。“懒惰” 是因为该算法无显式学习及训练过程,仅在接到预测任务时才开始找寻近邻点,致使预测效率相对较低。同时,由于 K 近邻算法针对有响应变量的数据集,故而属于监督式学习方式。K 近邻算法既能用于解决分类问题,也可用于解决回归问题。

1 K近邻算法的基本原理

K 近邻算法的基本原理为:先凭借所有特征变量构建起一个特征空间,特征空间的维数即特征变量的个数。接着,针对某个测试样本 di,依据参数 K 在特征空间内寻觅与其最为邻近的 K 个训练样本观测值。最后,根据这 K 个训练样本的响应变量值或实际分类情况,得出测试样本 di 的响应变量拟合值或预测分类情况。

在处理分类问题时,遵循 “多数票规则” 确定,即若 K 个训练样本中包含样本数最多的类别是某一特定类别,那么测试样本 di 的分类就为此类别。而对于回归问题,则依据 K 近邻估计量确定,即将 K 个训练样本响应变量值的简单平均值作为测试样本 di 的响应变量拟合值。

由此可见,K 近邻算法较为简单且未使用参数,所以在不了解数据分布或者毫无先验知识的情况下,K 近邻算法不失为一个良好的选择。

在使用K近邻算法时,需要注意以下几点:

(1)所有的特征变量均需为连续变量。

这是因为K近邻算法中的核心概念是“近邻”,那么怎么来衡量“近邻”呢?这就需要定义“距离”,通常情况下是用欧氏距离。除了欧氏距离

### k近邻算法的类别与分类方式详解 k近邻(K-nearest neighbor,KNN)是一种基础却强大的机器学习算法,在分类和回归任务中均有广泛应用。以下是关于其类别以及分类方式的具体解析。 #### 1. **KNN算法的主要应用类别** KNN可以用于两种主要的任务场景: - **分类任务**:当目标变量是离散型时,KNN可用于预测某个样本属于哪个类别。例如,鸢尾花数据集中,利用KNN来判断某朵花属于哪一品种[^2]。 - **回归任务**:当目标变量是连续型数值时,KNN可以通过计算最近邻居的目标值均值或加权平均值来进行预测。 #### 2. **KNN的分类方式原理** 在分类任务中,KNN的核心思想是以输入实例的特征向量为基础,通过计算新数据点与已有训练数据点之间的距离,找到与其最接近的`k`个邻居,并依据这些邻居的标签进行决策。具体过程如下: - **距离度量的选择**:通常采用欧氏距离、曼哈顿距离或其他相似性测度方法来衡量两个数据点间的差异程度。 - **寻找最近邻居**:基于选定的距离指标,筛选出前`k`个最近的数据点作为候选集合[^3]。 - **多数表决机制**:统计这`k`个邻居所属类别的频率分布情况,最终将出现次数最多的类别赋予待分类的新样本。 #### 3. **优化搜索效率的技术——基于kd树的实现** 为了提高大规模数据集上的查询速度,实际工程实践中常引入空间划分结构如kd树辅助完成高效查找操作。这种方法能够显著减少不必要的全局遍历开销,仅需关注局部区域内的潜在匹配对象即可满足需求[^4]。 #### 4. **模型效果评估手段** 构建好KNN分类器之后,还需要借助多种量化标准检验其表现优劣程度。常见的评价维度包括但不限于以下几个方面: - 准确率(Accuracy): 表征整体正确识别比例; - 混淆矩阵(Confusion Matrix): 细化展示各类别间相互干扰状况; - 分类报告(Classification Report): 提供更详尽的各项性能指标分析结果,比如精确率(Precision)、召回率(Recall) 和 F1 值等等[^5]。 ```python from sklearn.metrics import accuracy_score, confusion_matrix, classification_report # 示例代码片段演示如何获取上述各项评测信息 y_pred = knn.predict(X_test) accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) print(f"模型准确率:{accuracy * 100:.2f}%") conf_matrix = confusion_matrix(y_test, y_pred) class_report = classification_report(y_test, y_pred) print("混淆矩阵:\n", conf_matrix) print("分类报告:\n", class_report) ``` 以上便是有关于KNN算法类别及其分类运作机理方面的详细介绍。
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