分类问题（一）：SVM(Python——基于skearn实现鸢尾花数据集分类)

第一步：

 

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Fri Sep 21 14:26:25 2018

@author: bd04
"""
# !/usr/bin/env python
# encoding: utf-8
__author__ = 'Xiaolin Shen'
from sklearn import svm
import numpy as np
from sklearn import model_selection
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
from matplotlib import colors



# 当使用numpy中的loadtxt函数导入该数据集时，假设数据类型dtype为浮点型，但是很明显数据集的第五列的数据类型是字符串并不是浮点型。
# 因此需要额外做一个工作，即通过loadtxt()函数中的converters参数将第五列通过转换函数映射成浮点类型的数据。
# 首先，我们要写出一个转换函数：
# 定义一个函数，将不同类别标签与数字相对应
def iris_type(s):
    class_label={b'Iris-setosa':0,b'Iris-versicolor':1,b'Iris-virginica':2}
    return class_label[s]

#（1）使用numpy中的loadtxt读入数据文件
filepath='C:/Users/bd04/Desktop/iris分类/iris.txt'  # 数据文件路径
data=np.loadtxt(filepath,dtype=float,delimiter=',',converters={4:iris_type})
#以上4个参数中分别表示：
#filepath ：文件路径。eg：C:/Dataset/iris.txt。
#dtype=float ：数据类型。eg：float、str等。
#delimiter=',' ：数据以什么分割符号分割。eg：‘，’。
#converters={4:iris_type} ：对某一列数据（第四列）进行某种类型的转换，将数据列与转换函数进行映射的字典。eg：{1:fun}，含义是将第2列对应转换函数进行转换。
#                          converters={4: iris_type}中“4”指的是第5列。

print(data)

 

输出数据集的结果：

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 第二步：接着 上面代码

#（2）将原始数据集划分成训练集和测试集
X ,y=np.split(data,(4,),axis=1) #np.split 按照列（axis=1）进行分割，从第四列开始往后的作为y 数据，之前的作为X 数据。函数 split(数据，分割位置，轴=1（水平分割） or 0（垂直分割）)。
x=X[:,0:2] #在 X中取前两列作为特征（为了后期的可视化画图更加直观，故只取前两列特征值向量进行训练）
x_train,x_test,y_train,y_test=model_selection.train_test_split(x,y,random_state=1,test_size=0.3)
# 用train_test_split将数据随机分为训练集和测试集，测试集占总数据的30%（test_size=0.3),random_state是随机数种子
# 参数解释：
# x：train_data：所要划分的样本特征集。
# y：train_target：所要划分的样本结果。
# test_size：样本占比，如果是整数的话就是样本的数量。
# random_state：是随机数的种子。
# （随机数种子：其实就是该组随机数的编号，在需要重复试验的时候，保证得到一组一样的随机数。比如你每次都填1，其他参数一样的情况下你得到的随机数组是一样的。但填0或不填，每次都会不一样。
# 随机数的产生取决于种子，随机数和种子之间的关系遵从以下两个规则：种子不同，产生不同的随机数；种子相同，即使实例不同也产生相同的随机数。）


#（3）搭建模型，训练SVM分类器
# classifier=svm.SVC(kernel='linear',gamma=0.1,decision_function_shape='ovo',C=0.1)
# kernel='linear'时，为线性核函数，C越大分类效果越好，但有可能会过拟合（defaul C=1）。
classifier=svm.SVC(kernel='rbf',gamma=0.1,decision_function_shape='ovo',C=0.8)
# kernel='rbf'（default）时，为高斯核函数，gamma值越小，分类界面越连续；gamma值越大，分类界面越“散”，分类效果越好，但有可能会过拟合。
# decision_function_shape='ovo'时，为one v one分类问题，即将类别两两之间进行划分，用二分类的方法模拟多分类的结果。
# decision_function_shape='ovr'时，为one v rest分类问题，即一个类别与其他类别进行划分。
#开始训练
classifier.fit(x_train,y_train.ravel())
#调用ravel()函数将矩阵转变成一维数组
# （ravel()函数与flatten()的区别）
# 两者所要实现的功能是一致的（将多维数组降为一维），
# 两者的区别在于返回拷贝（copy）还是返回视图（view），
# numpy.flatten() 返回一份拷贝，对拷贝所做的修改不会影响（reflects）原始矩阵，
# 而numpy.ravel()返回的是视图（view），会影响（reflects）原始矩阵。


def show_accuracy(y_hat,y_train,str):
    pass

#（4）计算svm分类器的准确率
print("SVM-输出训练集的准确率为：",classifier.score(x_train,y_train))
y_hat=classifier.predict(x_train)
show_accuracy(y_hat,y_train,'训练集')
print("SVM-输出测试集的准确率为：",classifier.score(x_test,y_test))
y_hat=classifier.predict(x_test)
show_accuracy(y_hat,y_test,'测试集')
# SVM-输出训练集的准确率为： 0.838095238095
# SVM-输出测试集的准确率为： 0.777777777778


# 查看决策函数，可以通过decision_function()实现。decision_function中每一列的值代表距离各类别的距离。
# print('decision_function:\n', classifier.decision_function(x_train))
print('\npredict:\n', classifier.predict(x_train))


# (5)绘制图像
# 1.确定坐标轴范围，x，y轴分别表示两个特征
x1_min, x1_max = x[:, 0].min(), x[:, 0].max()  # 第0列的范围  x[:, 0] "："表示所有行，0表示第1列
x2_min, x2_max = x[:, 1].min(), x[:, 1].max()  # 第1列的范围  x[:, 0] "："表示所有行，1表示第2列
x1, x2 = np.mgrid[x1_min:x1_max:200j, x2_min:x2_max:200j]  # 生成网格采样点（用meshgrid函数生成两个网格矩阵X1和X2）
grid_test = np.stack((x1.flat, x2.flat), axis=1)  # 测试点，再通过stack()函数，axis=1，生成测试点
# .flat 将矩阵转变成一维数组 （与ravel()的区别：flatten：返回的是拷贝

print("grid_test = \n", grid_test)
# print("x = \n",x)
grid_hat = classifier.predict(grid_test)       # 预测分类值

print("grid_hat = \n", grid_hat)
# print(x1.shape())
grid_hat = grid_hat.reshape(x1.shape)  # 使之与输入的形状相同


# 2.指定默认字体
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = [u'SimHei']
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

# 3.绘制
cm_light = mpl.colors.ListedColormap(['#A0FFA0', '#FFA0A0', '#A0A0FF'])
cm_dark = mpl.colors.ListedColormap(['g', 'r', 'b'])

alpha=0.5

plt.pcolormesh(x1, x2, grid_hat, cmap=cm_light) # 预测值的显示
# plt.scatter(x[:, 0], x[:, 1], c=y, edgecolors='k', s=50, cmap=cm_dark)  # 样本
plt.plot(x[:, 0], x[:, 1], 'o', alpha=alpha, color='blue', markeredgecolor='k')
plt.scatter(x_test[:, 0], x_test[:, 1], s=120, facecolors='none', zorder=10)  # 圈中测试集样本
plt.xlabel(u'花萼长度', fontsize=13)
plt.ylabel(u'花萼宽度', fontsize=13)
plt.xlim(x1_min, x1_max)
plt.ylim(x2_min, x2_max)
plt.title(u'鸢尾花SVM二特征分类', fontsize=15)
# plt.grid()
plt.show()

输出结果：

 

 

训练集的准确率为： 0.8380952380952381，由于准确率表现不直观，可以通过其他方式观察结果，（通过图像进行可视化）

#输出训练集的准确率
print(classifier.score(x_train,y_train))
#由于准确率表现不直观，可以通过其他方式观察结果。
#首先将原始结果与训练集预测结果进行对比：
y_train_hat=classifier.predict(x_train)
y_train_1d=y_train.reshape((-1))
comp=zip(y_train_1d,y_train_hat) #用zip把原始结果和预测结果放在一起。显示如下：
print(list(comp))

#同样的,可以用训练好的模型对测试集的数据进行预测:
print(classifier.score(x_test,y_test))
y_test_hat=classifier.predict(x_test)
y_test_1d=y_test.reshape((-1))
comp=zip(y_test_1d,y_test_hat)
print(list(comp))


#还可以通过图像进行可视化：
plt.figure()
plt.subplot(121)
plt.scatter(x_train[:,0],x_train[:,1],c=y_train.reshape((-1)),edgecolors='k',s=50)
plt.subplot(122)
plt.scatter(x_train[:,0],x_train[:,1],c=y_train_hat.reshape((-1)),edgecolors='k',s=50)

结果：