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python,sklearn,svm,遙感數據分類,代碼實例

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@python,sklearn,svm,遙感數據分類,代碼實例

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(1)svm原理簡述

支持向量機(Support Vector Machine，即SVM)是包括分類(Classification)、回歸(Regression)和異常檢測(Outlier Detection)等一系列監督學習算法的總稱。對于分類，SVM最初用于解決二分類問題，多分類問題可通過構建多個SVM分類器解決。SVM具有兩大特點：1.尋求最優分類邊界，即求解出能夠正確劃分訓練數據集并且幾何間隔最大的分離超平面，這是SVM的基本思想；2.基于核函數的擴維變換，即通過核函數的特征變換對線性不可分的原始數據集進行升維變換，使其線性可分。因此SVM最核心的過程是核函數和參數選擇。

(2)svm實現環境解析

設置中文輸出代碼兼容格式及引用的庫函數,用于精度評估的庫函數，以及svm參數尋優等。

下面展示一些內聯代碼片。

-*- coding: utf-8 -*-

#用于精度評價

from sklearn.metrics import cohen_kappa_score

from sklearn.metrics import accuracy_score

from sklearn.metrics import confusion_matrix

#numpy引用

import numpy as np

#記錄運行時間

import datetime

#文件路徑操作

import os

#svm and best parameter select using grid search method

from sklearn import svm

from sklearn.model_selection import GridSearchCV

#scale the data to 0-1 用于數據歸一化

from sklearn import preprocessing

(3)svm函數參數尋優

SVM參數尋優的實現，有兩種常用方法，一種是網格搜索法(本文中的)，另一種是使用libsvm工具通過交叉驗證實現(后面再寫，有興趣的可以留言)。

def grid_find(train_data_x,train_data_y):

# 10 is often helpful. Using a basis of 2, a finer.tuning can be achieved but at a much higher cost.

# logspace(a,b,N),base默認=10，把10的a次方到10的b次方區間分成N份。

C_range = np.logspace(-5, 9, 8, base=2)

# 如：C_range = 1/64,1/8,1/2,2,8,32,128,512

gamma_range = np.logspace(-15, 3, 10, base=2)

# 選擇linear線性核函數和rbf核函數

parameters = {'kernel': ('linear', 'rbf'), 'C': C_range, 'gamma': gamma_range}

svr = svm.SVC()

# n_jobs表示并行運算量，可加快程序運行結果。

# 此處選擇5折交叉驗證，10折交叉驗證也是常用的。

clf = GridSearchCV(svr, parameters, cv=5, n_jobs=4)

# 進行模型訓練

clf.fit(train_data_x, train_data_y)

print('最優c,g參數為:{0}'.format(clf.best_params_))

# 返回最優模型結果

svm_model = clf.best_estimator_

return svm_model

更多關于網格搜索法：

(4)數據讀取函數編寫(讀取txt格式的訓練與測試文件)

首先是讀取txt格式的訓練數據和測試數據的函數。

數據截圖如下，其中，前6列數據代表通過遙感影像感興趣區(roi)提取出的6個波段的灰度值，最后一列代表數據類別的標簽。

代碼如下，僅需輸入文件路徑即可：

def open_txt_film(filepath):

# open the film

if os.path.exists(filepath):

with open(filepath, mode='r') as f:

train_data_str = np.loadtxt(f, delimiter=' ')

print('訓練(以及測試)數據的行列數為{}'.format(train_data_str.shape))

return train_data_str

else:

print('輸入txt文件路徑錯誤，請重新輸入文件路徑')

(5)svm模型預測函數編寫

輸入模型與測試數據，輸出精度評估(包括混淆矩陣，制圖精度等等)。

def model_process(svm_model, test_data_x, test_data_y):

p_lable = svm_model.predict(test_data_x)

# 精確度為 生產者精度 召回率為 用戶精度

print('總體精度為 : {}'.format(accuracy_score(test_data_y, p_lable)))

print('混淆矩陣為 :\n {}'.format(confusion_matrix(test_data_y, p_lable)))

print('kappa系數為 :\n {}'.format(cohen_kappa_score(test_data_y, p_lable)))

matric = confusion_matrix(test_data_y, p_lable)

# output the accuracy of each category。由于類別標簽是從1開始的，因此明確數據中最大值，即可知道有多少類

for category in range(np.max(test_data_y)):

# add 0.0 to keep the float type of output

precise = (matric[category, category] + 0.0) / np.sum(matric[category, :])

recall = (matric[category, category] + 0.0) / np.sum(matric[:, category])

f1_score = 2 * (precise * recall) / (recall + precise)

print(

'類別{}的生產者、制圖(recall)精度為{:.4} 用戶(precision)精度為{:.4} F1 score 為{:.4} '.format(category + 1, precise, recall, f1_score))

(6)主函數編寫

主函數主要負責：讀取數據，預處理數據，以及參數尋優、模型訓練和模型預測。

針對不同的數據集，每次使用，僅僅需要修改訓練與測試數據的路徑即可。

def main():

# read the train data from txt film

train_file_path = r'E:\CSDN\data1\train.txt'

train_data = open_txt_film(train_file_path)

# read the predict data from txt film

test_file_path = r'E:\CSDN\data1\test.txt'

test_data = open_txt_film(test_file_path)

# data normalization for svm training and testing dataset

scaler = preprocessing.MinMaxScaler().fit(train_data[:, :-1])

train_data[:, :-1] = scaler.transform(train_data[:, :-1])

# keep the same scale of the train data

test_data[:, :-1] = scaler.transform(test_data[:, :-1])

# conversion the type of data,and the label's dimension to 1-d

train_data_y = train_data[:, -1:].astype('int')

train_data_y = train_data_y.reshape(len(train_data_y))

train_data_x = train_data[:, :-1] # 取出測試數據灰度值和標簽值，并將2維標簽轉為1維

test_data_x = test_data[:, :-1] test_data_y = test_data[:, -1:].astype('int')

test_data_y = test_data_y.reshape(len(test_data_y))

model = grid_find(train_data_x,train_data_y)

# 模型預測

model_process(model, test_data_x, test_data_y)

(7)調用主函數

這里新增了幾行代碼用于記錄程序運行時間。

if __name__ == "__main__":

# remember the beginning time of the program

start_time = datetime.datetime.now()

print("start...%s" % start_time)

main()

# record the running time of program with the unit of minutes

end_time = datetime.datetime.now()

last_time = (end_time - start_time).seconds / 60

print("The program is last %s" % last_time + " minutes")

# print("The program is last {} seconds".format(last_time))

(8)訓練數據與測試數據實例下載地址

數據在作者的github倉庫下，共兩個文件(train.txt 和 test.txt) 。

[下載鏈接]: (https://github.com/sunzhihu123/sunzhihu123.github.io)

倉庫下點擊下載即可，如圖：

==本文優點：僅有兩個輸入，一個是訓練數據的路徑，一個是測試數據的路徑，輕松上手；并且以遙感圖像數據為例。另外github將會整體上傳源碼哦~

作者：huhu_xq以上就是關于對python,sklearn,svm,遙感數據分類,代碼實例的詳細介紹。歡迎大家對python,sklearn,svm,遙感數據分類,代碼實例內容提出寶貴意見

總結

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