K近邻法(k-nearest neighbor, KNN)

K近邻法(k-nearest neighbor, KNN)是一种基本分类回归算法。对于分类问题,其输入为样本的特征向量,输出为样本的类别,可以是多类别;对于回归问题,输出是一个实值。分类时,对于新的无label实例,根据其 k 个最近邻的训练实例的类别,通过多数表决等方式进行预测。k 值的选择、距离度量以及分类决策规则是 k 近邻法的三要素。

一、距离度量

常用的距离有:

欧氏距离: L 2 ( x i , x j ) = ∑ i = 1 m ∣ x i ( s ) − x j ( s ) ∣ 2 {L_2}({x_i},{x_j}) = \sqrt {\sum\limits_{i = 1}^m {|{x_i}^{(s)} - {x_j}^{(s)}{|^2}} } L2(xi,xj)=i=1mxi(s)xj(s)2

曼哈顿距离: L 1 ( x i , x j ) = ∑ i = 1 m ∣ x i ( s ) − x j ( s ) ∣ {L_1}({x_i},{x_j}) = \sum\limits_{i = 1}^m {|{x_i}^{(s)} - {x_j}^{(s)}|} L1(xi,xj)=i=1mxi(s)xj(s)

二、k 值的选择

k 值会对结果产生重大的影响,如果选择较小的 k 值,模型会比较复杂,近似误差很小,预测误差很大,容易过拟合;如果选择较大的 k 值,模型会比较简单,可以减少预测误差,但近似误差会增大,通常需要使用交叉验证来确定 K 的大小。

三、算法步骤

对未知类别的数据集合中的每一个点执行以下操作:

  • 计算已知类别数据集(训练集)中的点与当前点的距离;
  • 将距离按照递增顺序排列;
  • 选取距离最小的 k 个点;
  • 确定这k个点的所属类别,计算各类别出现的概率;
  • 将概率最大的类别作为当前点的类别;

关于 KNN 实战的例子见链接。

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