知识盲盒
简介:
采用有监督学习的方法,如:线性回归、贝叶斯分类器、逻辑回归、K近邻算法、SVM、Adaboost、KNN、决策树、随机森林等实现对同一数据集的分类任务。
分类(Classification)指的是从数据中选出已经分好类的训练集,在该训练集上运用数据挖掘分类的技术,建立分类模型,对于没有分类的数据进行分类的分析方法。
本文简化了官网案例 Classifier comparison ,采用了K近邻, 线性 SVM 和朴素贝叶斯三种算法并对代码做了详细说明。
所用算法:
(1)K 近邻算法(KNN 算法)由 Thmos等人在 1967 年提出。
它基于以下思想:
要确定一个样本的类别,可以计算它的所有训练样本的距离,然后找出和该样本最接近的 k 个样本,统计这些样本的类别进行投票,票数最多的那个类就是分类结果。
(2)支持向量机由 Vapnik 等人提出,在出现后的二十多年里它是最具有影响力的机器学习算法之一。支持向量机不仅可以用于分类问题,还可以用于回归问题。它具有泛化性能好,适合小样本和高维特征等优点。
(3)贝叶斯公式描述了两个相关的随机事件或变量之间的概率关系。贝叶斯分类器使用贝叶斯公式计算样本属于某一类的条件概率值,并将样本判定为概率值最大的那个类。朴素贝叶斯分类器假设特征向量的分量之间相互独立,这种假设简化了问题求解的难度。
准备:
(1) Python 3.8
(2) Pycharm 2020.3
(3) Windows 10
(4) 通过pip3 install numpy, matplotlib 在cmd 中安装 numpy, matplotlib, 分别用于数据处理和画图
(5) 通过pip3 install sklearn 在 cmd 中 提前安装 sklearn
Sklearn 是Scikit-learn的简称,一个开源的机器学习库,支持有监督和无监督的学习。 还提供了用于模型拟合,数据预处理,模型选择和评估以及许多其他实用程序的各种工具。
上代码:
print(__doc__)
# 导入所需要的函数和库
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.colors import ListedColormap
# 用于生成各种颜色
from sklearn.model_selection import train_test_split
# 将数组或矩阵拆分为随机训练和测试子集
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
# 通过去除均值并缩放到单位方差来标准化特征
from sklearn.datasets import make_moons, make_circles, make_classification
# make_moons 做两个交错的半圈
# make_circles 制作一个二维的包含较小圆圈的大圆圈
# make_classification 生成随机的n类分类问题
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier # K近邻方法
from sklearn.svm import SVC # 支持向量分类
from sklearn.naive_bayes import GaussianNB # 高斯朴素贝叶斯
# 解决中文乱码问题
plt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
h = 0.02 # 网格中的步长
# 注意和下面的分类器部分对应
names = ["K近邻", "线性 SVM", "朴素贝叶斯"]
# 所采用的分类方法
classifiers = [KNeighborsClassifier(3), SVC(kernel="linear", C=0.025), GaussianNB()]
# X为样本特征,y为样本类别输出,
# 每个样本2个特征,输出有1个类别,没有冗余特征,每个类别一个簇
X, y = make_classification(
n_features=2, n_redundant=0, n_informative=2, random_state=1, n_clusters_per_class=1)
rng = np.random.RandomState(2)
X += 2 * rng.uniform(size=X.shape)
linearly_separable = (X, y)
# 创建数据集,定义核函数的选择
datasets = [
make_moons(noise=0.3, random_state=0),
make_circles(noise=0.2, factor=0.5, random_state=1),
linearly_separable]
figure = plt.figure(figsize=(27, 9))
i = 1
# 第一层循环:在不同的数据集中循环
for ds_cnt, ds in enumerate(datasets):
# 预处理数据集,分为训练和测试部分
X, y = ds
X = StandardScaler().fit_transform(X)
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(
X, y, test_size=0.4, random_state=42)
# 确认边界 一次性使用最大值和最小值来生成网格
# 表示为[起始值:结束值:步长]
x_min, x_max = X[:, 0].min() - 0.5, X[:, 0].max() + 0.5
y_min, y_max = X[:, 1].min() - 0.5, X[:, 1].max() + 0.5
# 生成随机数据来做测试集,然后做预测
xx, yy = np.meshgrid(np.arange(x_min, x_max, h), np.arange(y_min, y_max, h))
# 先绘制数据集
cm = plt.cm.RdBu # 填充等高线不同区域的颜色
cm_bright = ListedColormap(["#FF0000", "#0000FF"])
ax = plt.subplot(len(datasets), len(classifiers) + 1, i)
if ds_cnt == 0:
ax.set_title("输入的数据")
# 绘制数据点
ax.scatter(X_train[:, 0], X_train[:, 1], c=y_train, cmap=cm_bright, edgecolors="k")
# 绘制测试点
ax.scatter(
X_test[:, 0], X_test[:, 1], c=y_test, cmap=cm_bright, alpha=0.6, edgecolors="k")
ax.set_xlim(xx.min(), xx.max())
ax.set_ylim(yy.min(), yy.max())
ax.set_xticks(())
ax.set_yticks(())
i += 1
# 第二层循环,在不同的分类器中循环 并构建子图,进行子图循环
for name, clf in zip(names, classifiers):
# 定义子图位置,从第一列,第二个开始
ax = plt.subplot(len(datasets), len(classifiers) + 1, i)
# 建模
clf.fit(X_train, y_train)
score = clf.score(X_test, y_test)
# 绘制决策边界,并为每个类分配一种颜色
# 点在网格[x_min,x_max] x[y_min,y_max]中
if hasattr(clf, "decision_function"):
Z = clf.decision_function(
np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]
) # 连接xx,yy .ravel扁平化/降维,原地操作
else:
Z = clf.predict_proba(np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()])[:, 1] # np.c_,类似于np.vstack的功能
# 将结果放入颜色图
# 画出测试集数据,扁平化后形状改变
Z = Z.reshape(xx.shape)
ax.contourf(xx, yy, Z, cmap=cm, alpha=0.8)
# 绘制训练点,图像本身分布的散点图
ax.scatter(X_train[:, 0], X_train[:, 1], c=y_train, cmap=cm_bright, edgecolors="k")
# 绘制测试点,图像本身分布的散点图
ax.scatter(X_test[:, 0],
X_test[:, 1],
c=y_test,
cmap=cm_bright,
edgecolors="k",
alpha=0.6)
ax.set_xlim(xx.min(), xx.max())
ax.set_ylim(yy.min(), yy.max())
# 设置坐标轴不显示
ax.set_xticks(())
ax.set_yticks(())
# 将标题放在第一行的上面
if ds_cnt == 0:
ax.set_title(name)
# 为每张图添加分类的分数
ax.text(
xx.max() - 0.3,
yy.min() + 0.3,
("%.2f" % score).lstrip("0"),
size=15,
horizontalalignment="right",
) # 图位于坐标轴的右边
i += 1
plt.tight_layout()
plt.show()
print("Done!")