從零開始的AI系列

• 從零開始的AI·機器學(xué)習(xí)の基本概念
• 從零開始的AI·決策樹原來這么好理解（附實例代碼）
• 從零開始的AI·樸素貝葉斯？拿來吧你（附實例代碼）

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文章目錄

• 從零開始的AI系列
• 前言
• 一、權(quán)衡利弊
• 二、整體感知
• • 圖解kNN
  • 具體實例的應(yīng)用
• 三、具體實現(xiàn)過程及細節(jié)
• • 1. 數(shù)據(jù)的讀取
  • 2. K值的選擇
  • 3. 距離的計算
  • 4. 數(shù)據(jù)的處理
  • 5. 測試
• 四、封裝函數(shù)的使用

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前言

本文理論部分基于Peter Harrington的《機器學(xué)習(xí)實戰(zhàn)》一書

kNN（k- Nearest Neighbor）即k-近鄰算法，最初由 Cover和Hart于1968年提出，是一個理論上比較成熟的方法，也是最簡單的機器學(xué)習(xí)算法之一。該方法的思路非常簡單直觀：如果一個樣本在特征空間中的K個最相似（即特征空間中最鄰近）的樣本中的大多數(shù)屬于某一個類別，則該樣本也屬于這個類別。該方法在定類決策上只依據(jù)最鄰近的一個或者幾個樣本的類別來決定待分樣本所屬的類別。

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一、權(quán)衡利弊

• 優(yōu)點：精度高、對異常值不敏感、無數(shù)據(jù)輸入假定。
• 缺點：計算復(fù)雜度高、空間復(fù)雜度高。
• 適用數(shù)據(jù)范圍：數(shù)值型和標稱型。
• 應(yīng)用：分類，回歸

二、整體感知

圖解kNN

在上圖中，五角星和方塊分別代表不同特征的數(shù)據(jù)，問號 是需要我們預(yù)測的數(shù)據(jù)。現(xiàn)我們假設(shè) k=5，即以距離問號最近5個數(shù)據(jù)的特征來確定該問號的特征。由此可知，問號①被預(yù)測為五角星，問號②被預(yù)測為方塊。但是，當數(shù)據(jù)足夠復(fù)雜時，k的值稍有變化，結(jié)果就可能不同，因此k的取值顯得尤為重要。

具體實例的應(yīng)用

電影可以按照題材分類，同一題材的電影具有一些公共特征。那么動作片具有哪些共有特征，使得動作片之間非常類似，而與愛情片存在著明顯的差別呢？動作片中也會存在接吻鏡頭，愛情片中也會存在打斗場景，我們不能單純依靠是否存在打斗或者親吻來判斷影片的類型。但是愛情片中的親吻鏡頭更多，動作片中的打斗場景也更頻繁，基于此類場景在某部電影中出現(xiàn)的次數(shù)可以用來進行電影分類。基于電影中出現(xiàn)的親吻、打斗出現(xiàn)的次數(shù)，使用k-近鄰算法構(gòu)造程序，我們就可以實現(xiàn)自動劃分電影的題材類型。

由上圖可計算出距離

根據(jù)幾個距離最小的已知電影，我們可以預(yù)測出，未知電影為愛情片

三、具體實現(xiàn)過程及細節(jié)

1. 數(shù)據(jù)的讀取

對數(shù)據(jù)進行讀取，并隨機分為三類：訓(xùn)練集，驗證集，測試集

with open('iris.csv','r') as file: ##打開文件'iris.csv'，并命名為 filereader = csv.DictReader(file) datas = [row for row in reader] random.shuffle(datas) n = len(datas)//3 test_set = datas[0:n] train_set = datas[n:]

2. K值的選擇

• 取值方式：從選取一個較小的K值開始，不斷增加K值
• 驗證方式：交叉驗證（將數(shù)據(jù)按照一定比例分出訓(xùn)練組和測試組，用測試組驗證訓(xùn)練組得出的模型) 原理+方法

3. 距離的計算

• 閔可夫斯基距離
  

• 歐氏距離
  

• 曼哈頓距離
  

'''此處為歐式距離公式''' def distance(d1, d2):res = 0feature = ("150","4","setosa","versicolor")for key in (feature):res += (float(d1[key])-float(d2[key]))**2return res**0.5

4. 數(shù)據(jù)的處理

'''（1）對距離排序—升序'''res = sorted(res, key = lambdaitem:item['distance'])# '''（2）取前K個'''res2 = res[0:K] '''（3）加權(quán)平均（距離近的比重大）'''result = {'0': 0, '1':0, '2': 0}sum = 0for r in res2: sum+= r['distance']for r in res2: result[r['result']] += 1 - r['distance']/sum resulutCount1= sorted(result.items(),key=operator.itemgetter(1), reverse=True)return (resulutCount1[0][0])

5. 測試

利用測試集進行測試對比

correct = 0 for test in test_set: result = test['virginica']result2 = knn(test)if result == result2:correct+=1print("正確率：{:.2f}%".format(100*correct/len(test_set)))

四、封裝函數(shù)的使用

• 分類：neighbors.KNeighborsClassifier
• 預(yù)測：neighbors.KNeighborsRegressor

neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5, weights='uniform',p=2, metric='minkowski',) n_neighbors：用于指定近鄰樣本個數(shù)K，默認為5 weights：用于指定近鄰樣本的投票權(quán)重，默認為'uniform'，表示所有近鄰樣本的投票權(quán)重一樣；如果為'distance'，則表示投票權(quán)重與距離成反比，即近鄰樣本與未知類別的樣本點距離越遠，權(quán)重越小，反之，權(quán)重越大 metric：用于指定距離的度量指標，默認為閔可夫斯基距離 p：當參數(shù)metric為閔可夫斯基距離時，p=1，表示計算點之間的曼哈頓距離；p=2，表示計算點之間的歐氏距離；該參數(shù)的默認值為2 #適用于最新版本python，復(fù)制就可以跑的代碼！！！ #原理代碼 import csv import random #讀取 with open('train.csv','r') as file:reader=csv.DictReader(file)datas=[row for row in reader]#分組 random.shuffle(datas) n=len(datas)//10test_set=datas[0:8*n] train_set=datas[8*n:]#KNN #距離 def distance(d1,d2):res=0for key in ("radius","texture"):res+=(float(d1[key])-float(d2[key]))**2return res**0.5K=1 def knn(data): #1.距離res=[{"result":train['diagnosis_result'],"distance":distance(data,train)}for train in train_set]#2.排序--升序res=sorted(res, key=lambda item:item['distance'])#3.取前K個res2=res[0:K]#4.加權(quán)平均result={'0':0,'1':0} #總距離sum=0for r in res2:sum+=r['distance']for r in res2:result[r['result']]+=1-r['distance']/sumif result['0']>result['1']:return '0'else:return'1' #測試階段 correct=0 for test in test_set:result=test['diagnosis_result']result2=knn(test)if result==result2:correct+=1print('準確率{:.2f}%'.format(100*correct/len(test_set))) knn(test_set[0] #實際應(yīng)用代碼 import csv import pandas as pd from sklearn import model_selection from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn import neighbors#讀取并處理數(shù)據(jù) data=pd.read_csv('train.csv') predictors=data.columns[:-1] X_train, X_test, Y_train, Y_test =model_selection.train_test_split(data[predictors],data.diagnosis_result,test_size=0.25,random_state=1234)#knn算法 knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=1)# 評估模型的準確率 knn.fit(X_train, Y_train) print("預(yù)測的準確率為：", knn.score(X_test, Y_test))

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从零开始的AI·吃透kNN算法，学完我悟了（附实例代码）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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