机器学习:KNN算法

目录

关于KNN算法

原理

 一般流程

算法伪代码 

 关于距离的计算

关于K值的选择

关于KNN算法的优缺点以及适用范围

KNN算法的实现

数据收集与相关处理

KNN核心算法

测试


关于KNN算法

原理

存在一个样本数据集合,也称作训练样本集,并且样本集中每个数据都存在标签,即我们知道样本集中每一数据与所属分类的对应关系。输入没有标签的新数据后,将新数据的每个特征与样本集中数据对应的特征进行比较,然后算法提取样本几种特征最相似数据(最近邻)的分类标签。                                                                     ——《机器学习实战》

 一般流程

1.收集数据

2.准备数据:距离计算所需要的数值,最好是结构化的数据格式

3.分析数据

4.测试算法:计算错误率

5.使用算法:首先需要输入样本数据和结构化的输出结果,然后运行KNN算法判定输入数据属于哪个分类,最后应用对计算出的分类执行后续的处理。

算法伪代码 

对未知类别属性的数据集中的每个点依次执行以下操作:

1.计算已知类别数据集中的点与当前点之间的距离

2.按距离递增次序排序

3.选取与当前点距离最小的k个点

4.确定前k个点所在类别的出现频率

5.返回前k个点出现频率最高的类别作为当前点的预测分类

根据伪代码,我们不难发现,在KNN算法中影响很大的两个因素,距离和k值。

 关于距离的计算

在KNN算法中,通常使用欧氏距离公式进行计算:

 通过该公式简单粗暴地计算预测点与所有点之间的距离。

关于K值的选择

K值 影响
过大
预测标签比较稳定,可能过平滑,容易欠拟合
过小
预测的标签比较容易受到样本的影响,容易过拟合

我们通常可以使用交叉验证的方法来确定k值的大小,从选取一个较小的K值开始,不断增加K的值,然后计算验证集合的方差,最终找到一个比较合适的K值。

关于KNN算法的优缺点以及适用范围

优点:精度高、对异常值不敏感、无数据输入假定

缺点:计算复杂度高、空间复杂度高

适用数据范围:数值型和标称型


KNN算法的实现

数据收集与相关处理

数据集收集

在宿舍所占日常时间百分比 打游戏所占时间百分比 是否为计算机院学生
60 10 1
50 20 1
74 10 1
88 60 0
32 64 0
45 61 0
23 12 0
75 5 1
64 76 0
17 65 0

数据可视化

def paint(group,labels):
    fig=plt.figure()
    ax=fig.add_subplot(111)
    x=group[:,0]
    y=group[:,1]
    ax.scatter(x,y,15.0*np.array(labels)+1,15.0*np.array(labels)+1)
    plt.show()

机器学习:KNN算法_第1张图片

 

KNN核心算法

def KNN(inX, dataSet, labels, k):
    dataSetSize = dataSet.shape[0]
    diffMat = np.tile(inX, (dataSetSize, 1)) - dataSet
    sqDiffMat = diffMat ** 2
    sqDistances = sqDiffMat.sum(axis=1)
    distances = sqDistances ** 0.5
    sortedDistIndices = distances.argsort()
    classCount = {}
    for i in range(k):
        voteIlabel = labels[sortedDistIndices[i]]
        classCount[voteIlabel] = classCount.get(voteIlabel, 0) + 1
    sortedClassCount = sorted(classCount.items(),
    key=operator.itemgetter(1), reverse=True)
    return sortedClassCount[0][0]

测试

if __name__=='__main__':
    group_train,labels_train=DataSet()
    paint(group_train,labels_train)
    group_test=np.array([[21,3],[14,72],[84,41],[33,43]])
    for i in range(len(group_test)):
        label_test=KNN(group_test[i],group_train,labels_train,3)
        print('在宿舍所占日常时间百分比:%d 打游戏所占时间百分比: %d 是否为计算机院学生:%d'
        %(group_test[i][0],group_test[i][1],label_test))

机器学习:KNN算法_第2张图片

 

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