MATLAB实现智能计算方法实验:实验六 支持向量机

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实验汇总

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实验目的

  1. 通过本次实验,进一步理解支持向量机的模型结构与计算原理;
  2. 掌握手工计算过程和编码,并能够解决实际问题;
  3. 掌握MATLAB或python中按照libsvm工具箱的过程,并学会关键函数的使用方法,解决分类实际问题。

实验内容

利用支持向量机,构造性别分类器:

  1. 原始数据student.xls,部分数据放入报告中即可;

  2. 以身高、体重为输入,性别为输出,设计支持向量机;

  3. 手工编码或工具箱编码(python或MATLAB),实现对性别的分类计算,并用测试数据验证模型的正确性。

  4. 用测试数据对性别进行预测。

    测试数据1:身高(162cm),体重(56kg),性别(女)。
    测试数据2:身高(172cm),体重(75kg),性别(男)。

实验步骤

1. 原始数据及处理

对依据身高体重进行性别分类的原始数据进行训练,其中部分原始数据如下表1。

表1 原始部分数据
编号 性别 身高 体重
1 174.2 91.9
2 156 57.6
3 151.7 59.9
4 181.5 107.2
5 169.1 55.6
…… …… …… ……
259 165.9 58.1
260 168.7 67.8

对原始数据进行处理,其中“性别男”设置为1,“性别女”设置为-1,同时调整“性别”、“身高”、“体重”的位置,处理后的部分数据如下表2。

表2 处理后部分数据
编号 身高 体重 性别
1 174.2 91.9 1
2 156 57.6 -1
3 151.7 59.9 -1
4 181.5 107.2 1
5 169.1 55.6 1
…… …… …… ……
259 165.9 58.1 -1
260 168.7 67.8 1

2. 设计向量机

根据原始数据,可知向量机的输入有两个,即身高和体重,输出有一个,即性别,核函数选择高斯核函数。

3. 手工编码

根据原始数据及向量机算法结构进行手工编码,实现支持向量的寻找与分类线的绘制,代码如下:

clc;
clear;
C = 10;
kertype = 'rbf';

%训练样本
X = xlsread('student.xlsx', 'B2: C261')';
Y = xlsread('student.xlsx', 'D2: D261')';
figure;
%x1存储男生身高,y1存储男生体重,x2存储女生身高,y2存储女生体重
[x1, x2, y1, y2] = deal([]);
[k1, k2] = deal(1);
[~, col] = size(Y);
for i = 1: col
    if Y(1, i) == 1
        x1(k1) = X(1, i);
        y1(k1) = X(2, i);
        k1 = k1 + 1;
    else
        x2(k2) = X(1, i);
        y2(k2) = X(2, i);
        k2 = k2 + 1;
    end
end
plot(x1(1, :), y1(1, :), 'bx', x2(1, :), y2(1, :), 'r*');
xlabel('身高');
ylabel('体重');
hold on;

%绘制支持向量
svm = svmTrain(X, Y, kertype, C);
plot(svm.Xsv(1, :), svm.Xsv(2, :), 'ko');

%绘制分类线
[x1, x2] = meshgrid(160: 0.05: 175, 49: 0.05: 80);  %x1和x2都是181*181的矩阵
[rows, cols] = size(x1);
nt = rows*cols;                  
Xt = [reshape(x1, 1, nt); reshape(x2, 1, nt)];
Yt = ones(1, nt);
result = svmTest(svm, Xt, Yt, kertype);
Yd = reshape(result.Y, rows, cols);
contour(x1, x2, Yd, 'm');
legend('男生', '女生', '支持向量', '分类线', 'Location', 'northwest');

运行程序,训练数据分类结果如下图1。

MATLAB实现智能计算方法实验:实验六 支持向量机_第1张图片

图1 训练数据分类结果

4. 测试数据测试

用测试数据对性别进行预测:
测试数据1:身高(162cm),体重(56kg),性别(女)。
测试数据2:身高(172cm),体重(75kg),性别(男)。
程序代码如下。

%测试数据
testx = [162 56; 172 75]';
testy = [-1; 1]';
test = svmTest(svm, testx, testy, kertype);
[~, col] = size(test.Y);
for i = 1: col
    if test.Y(:, i) == 1
        disp(['身高' num2str(testx(1, i)) '厘米,体重' num2str(testx(2, i)) '斤预测为男生']);
    else
        disp(['身高' num2str(testx(1, i)) '厘米,体重' num2str(testx(2, i)) '斤预测为女生']);
    end
end
disp(['预测正确率为' num2str(test.accuracy)]);

运行程序,测试数据测试结果如下图2。

MATLAB实现智能计算方法实验:实验六 支持向量机_第2张图片

图2 测试数据测试结果
由图2可知,预测结果与实际结果一致,正确率为1。

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