机器学习--K近邻算法，以及python中通过Scikit-learn库实现K近邻算法API使用技巧

1.K-近邻算法思想

假如你有一天来到北京，你有一些朋友也在北京居住，你来到北京之后，你也不知道你在北京的哪个区，假如你来到了北京南站。
分别问朋友在哪个区，距离多远。
根据最近朋友所在区比如丰台区，来判断自己是不是也在丰台区。
这就是K近邻算法的思想，根据最近距离来判断你属于哪个类别。

根据你的“邻居”来推断出你的类别

2.K-近邻算法(KNN)概念

K Nearest Neighbor算法又叫KNN算法，这个算法是机器学习里面一个比较经典的算法， 总体来说KNN算法是相对比较容易理解的算法

定义
如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。

来源：KNN算法最早是由Cover和Hart提出的一种分类算法

距离公式
两个样本的距离可以通过如下公式计算，又叫欧式距离 ，关于距离公式会在后面进行讨论

3.电影类型分析

假设我们现在有几部电影

其中？ 号电影不知道类别，如何去预测？我们可以利用K近邻算法的思想
我们这里时三列数据，属于三维数据的求解过程
比如我们求唐人街探案与二次曝光的距离，根据欧氏距离计算如下

分别计算每个电影和被预测电影的距离，然后求解

然后根据最小距离，或最小的几个距离的众数得到唐人街探案属于哪种片子
K=5表示，根据5部最小距离的电影来判断，从这8个样本里面拿其中的5个
在距离最小的5部电影里面，3部属于喜剧片，2部属于爱情片，由众数得知，唐人街探案属于喜剧片

4.KNN算法流程总结

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）统计前k个点所在的类别出现的频率

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

5.k近邻算法api初步使用

机器学习流程：

1.获取数据集
2.数据基本处理
3.特征工程
4.机器学习
5.模型评估

机器学习库scikit-learn

1 Scikit-learn工具介绍

机器学习有很多库，为什么我们要选这个scikit-learn库呢？
1.它是Python语言的机器学习工具
2.Scikit-learn包括许多知名的机器学习算法的实现
3.Scikit-learn文档完善，容易上手，有丰富的API

2.安装

pip install scikit-learn

安装好之后可以通过以下命令查看是否安装成功
import sklearn

注：安装scikit-learn需要Numpy, Scipy等库

3.Scikit-learn包含的内容

分类、聚类、回归
特征工程
模型选择、调优

4.K-近邻算法API

sklearn.neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5)

参数解析：
n_neighbors：所选用的近邻数（默认= 5），相当于K.

weights：预测的权函数，概率值。

     weights的参数设置

        ‘uniform’：同一的权重，即每个邻域中的所有点都是平均加权的。

        ‘distance’ ：这种情况下，距离越近权重越大，反之，距离越远其权重越小。

         [callable]（可调用）：用户定义的函数，它接受一个距离数组，并返回一个包含权重的相同形状的数组

algorithm ：用于计算最近邻居的算法,。有{‘auto’, ‘ball_tree’, ‘kd_tree’, ‘brute’}

         ‘auto’      ：根据样本数据自动刷选合适的算法。

         ‘ball_tree’：构建“球树”算法模型。

         ‘kd_tree’ ：‘’kd树‘’算法。

         ‘brute’     ：使用蛮力搜索，即或相当于Knn算法，需遍历所有样本数据与目标数据的距离，进而按升序排序从而选取最近的K个值，采用投票得出结果。

leaf_size：叶的大小，针对算法为球树或KD树而言。这个设置会影响构造和查询的速度，以及存储树所需的内存。最优值取决于问题的性质。

metric：用于树的距离度量。默认度量是Minkowski，p=2等价于标准的欧几里德度量。有关可用度量的列表，可以查阅距离度量类的文档。如果度量是“预先计算的”，则假定X是距离矩阵，在拟合期间必须是平方。

p：Minkowski度量参数的参数来自sklearn.emeics.pairwise.pairwise_距离。当p=1时，这等价于使用曼哈顿距离(L1)，欧几里得距离(L2)等价于p=2时，对于任意的p，则使用Minkowski_距离(L_P)。

metric_params：度量函数的附加关键字参数，设置应为dict（字典）形式。

n_jobs：要为邻居搜索的并行作业的数量。None指1，除非在 joblib.parallel_backend背景。-1意味着使用所有处理器，若要了解相关的知识应该具体查找一下。

拥有的方法：
fit(self, X[, y])
 ： 以X为训练数据，y为目标值拟合模型

get_params(self[, deep])
： 获取此估计器的参数。

kneighbors(self[, X, n_neighbors, …])
： 找到点的K邻域。

kneighbors_graph(self[, X, n_neighbors, mode])
： 计算X中点的k-邻域(加权)图

predict(self, X)
： 预测提供的数据的类标签

predict_proba(self, X)
： 返回测试数据X的概率估计。

score(self, X, y[, sample_weight])
： 返回给定测试数据和标签的平均精度。

set_params(self, \*\*params)
： 设置此估计器的参数。

5.案例

5.1 步骤分析

1.获取数据集
2.数据基本处理（该案例中省略）
3.特征工程（该案例中省略）
4.机器学习
5.模型评估（该案例中省略）

5.2 代码过程

导入模块

from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

#构造数据集
#x是原始数据，特征。y是类别标签，目标

x = [[0], [1], [2], [3]]   #x是二维数据，dataframe数据结构
y = [0, 0, 1, 1]           #y是series数据结构


#机器学习 -- 模型训练
# 实例化API
estimator = KNeighborsClassifier(n_neighbors=2)
# 使用fit方法进行训练，这行代码执行了，模型就训练好了


estimator.fit(x, y)

res = estimator.predict([[1]])
print(res)


res2 = estimator.predict([[50]])
print(res2)

根据训练好的模型，预测未知数据所属类别：

由上可知，达到预期效果。大家觉得机器学习有了python库的加持，是不是不太难呢，大家一起加油，继续后面的机器学习之路，欢迎大家点赞评论。