KNN,即K近邻算法。其基本思想或者说是实现步骤如下:
(1)计算样本数据点到每个已知类别的数据集中点的距离
(2)将(1)中得到的距离按递增顺序排列
(3)选取(2)中前K个点(即与当前样本距离最小的K个已知类别的数据点)
(4)统计(3)中得到的K个点所在类别的出现频率
(5)返回(4)中出现频率最高的类别作为样本点的预测类别
在给出具体实现代码之前,说明一点:Java下的矩阵操作类基于开源jama包,我自己基于它的源码,做了部分必要的扩充和修改。
具体实现代码如下:
/**
* Created by Song on 2016/9/30.
*/
public class KnnHandler implements DMHandler {
//训练集中,每个特征的最小值
private Matrix minVals;
//训练集中,每个特征的最大值
private Matrix maxVals;
//训练集中,每个特征的取值范围
private Matrix ranges;
public KnnHandler(Matrix dataSet){
double [][] minMax = dataSet.getMinMax();
this.minVals = new Matrix(minMax[0],1);
this.maxVals = new Matrix(minMax[1],1);
this.ranges = maxVals.minus(minVals);
}
/**
* 归一化特征值
* @param dataSet 特征集
*/
public Matrix autoNorm(Matrix dataSet){
double[][] norm = dataSet.getArray();
for(int j=0;j for(int i=0;i norm[i][j] = (norm[i][j]-minVals.get(0,j))/ranges.get(0,j); } } return new Matrix(norm); } /** * K近邻算法 * @param sample 待评估样本 * @param dataSet 数据集 * @param labels 数据集中,每行数据对应的类别 * @param rate 将距离按由小至大排列,按比例选择固定数量的类别 */ public double classify(Matrix sample,Matrix dataSet,Matrix labels,double rate){ //统计样本频率 HashMap //遍历类别,得出一共有几类 for(int i=0;i if(!levels.containsKey(labels.get(i,0))) levels.put(labels.get(i,0),0); } //获得距离,并递增排序 Matrix sortedDistance = sample.distance(dataSet).expand(labels,true).sort(); //取前num个数据 int num = (int)Math.ceil(sortedDistance.getRowDimension()*rate); for(int i=0;i } //按频率排序 double targetLevel = 0; int count = 0; for(double key:levels.keySet()){ if(levels.get(key)>count) { count = levels.get(key); targetLevel = key; } } return targetLevel; } //测试 public static void main(String [] args){ //随机生成训练集(已知类别) Random random = new Random(); double [][] dataSet = new double[100][4]; for(int i=0;i<100;i++){ for(int j=0;j<4;j++){ dataSet[i][j]=random.nextInt(10); } } //训练集中100组数据对应的类别 double [] lables = new double[100]; for(int i=0;i<100;i++){ lables[i]=i/10; } //生成待分类样本 double [] sample = {1,2,3,4}; //KNN操作类实例化 KnnHandler handler = new KnnHandler(new Matrix(dataSet)); //handler.autoNorm(new Matrix(dataSet)).print(4,3); //输出分类结果 System.out.println(handler.classify(new Matrix(sample,1),new Matrix(dataSet),new Matrix(lables,1).transpose(),0.3)); } } 其中部分函数,例如构造器中获得数据集中每个特征的最小最大取值(即一个二维数组中每列值的最小最大值)方法getMinMax()等,都是自己基于jama源码扩充得到的,原理很简单,此处就不列出来了。 可以看出,KNN分类是一种非常基础的分类算法,适用于数值型数据。通过计算未知数据点到已知数据点的距离,来判断其具体分类。