Python数据挖掘实践—KNN分类
LemuelSettl
7年前
<p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/dbd97c654f772745fcbcd24736f59bcd.png"></p> <h2><strong>1、最邻近算法</strong></h2> <p><strong>KNN方法的简单描述：</strong></p> <p>KNN方法用于分类，其基本思想如下。我们已经有一些已知类型的数据，暂称其为训练集。当一个新数据（暂称其为测试集）进入的时候，开始跟训练集数据中的每个数据点求距离，挑选与这个训练数据集中最近的K个点看这些点属于什么类型，用少数服从多数的方法将测试数据归类。</p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/de3e4b9b5261054f5582fddecde57f38.png"></p> <p><strong>图示：</strong> 这里我用一个常见到的图做介绍：1、有三类已知数据集（训练集），它们分别属于w1、w2、w3，这三类数据分别有自己的特征；2、有一个位置类别的数据（测试集）Xu；3、通过求Xu点到所有训练集数据的距离，取距离最近的n个点，查看这n个点所归属的类别，以少数服从多数的方式将Xu归类到已知训练集下</p> <h2><strong>2、python实现最邻近算法案例</strong></h2> <p>这里我构造了一个150*5的矩阵，分别代表三类数据。每行的前四个值代表数据的特征，第五个值代表数据的类别。如图：</p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/5a1e41e86e3c8b3727e6617b8eda4557.png"></p> <p>这三类数据分别属于apple、banana、orange</p> <p><strong>第一步：加载数据。</strong> 以split参数传来的参数为限，将小于split的随机数对应的数据划分到训练集，将大于split的随机数划分到测试集</p> <pre> <code class="language-python">def loadDataset(self,filename, split, trainingSet, testSet): # 加载数据集 split以某个值为界限分类train和test with open(filename, 'r') as csvfile: lines = csv.reader(csvfile) #读取所有的行 dataset = list(lines) #转化成列表 for x in range(len(dataset)-1): for y in range(4): dataset[x][y] = float(dataset[x][y]) if random.random() < split: # 将所有数据加载到train和test中 trainingSet.append(dataset[x]) else: testSet.append(dataset[x])</code></pre> <p><strong>第二步：对每个测试集中的数据进行迭代，取其临近点。</strong></p> <p>计算测试集中每个点到训练集中每个点的距离，将这些距离按从小到大进行排序，取最近的k个点作为归类点</p> <pre> <code class="language-python">def getNeighbors(self,trainingSet, testInstance, k): # 返回最近的k个边距 distances = [] length = len(testInstance)-1 for x in range(len(trainingSet)): #对训练集的每一个数计算其到测试集的实际距离 dist = self.calculateDistance(testInstance, trainingSet[x], length) print('{}--{}'.format(trainingSet[x], dist)) distances.append((trainingSet[x], dist)) distances.sort(key=operator.itemgetter(1)) # 把距离从小到大排列 neighbors = [] for x in range(k): #排序完成后取前k个距离 neighbors.append(distances[x][0]) return neighbors</code></pre> <p>计算距离函数</p> <pre> <code class="language-python">def calculateDistance(self,testdata, traindata, length): # 计算距离 distance = 0 # length表示维度 数据共有几维 for x in range(length): distance += pow((testdata[x]-traindata[x]), 2) return math.sqrt(distance)</code></pre> <p>length表示维度，这里数据是4维</p> <p>第三步：判断那k个点所属的类别，选择出现频率最大的类标号作为测试集的类标号</p> <pre> <code class="language-python">def getResponse(self,neighbors): # 根据少数服从多数，决定归类到哪一类 classVotes = {} for x in range(len(neighbors)): response = neighbors[x][-1] # 统计每一个分类的多少 if response in classVotes: classVotes[response] += 1 else: classVotes[response] = 1 print(classVotes.items()) sortedVotes = sorted(classVotes.items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True) #reverse按降序的方式排列 return sortedVotes[0][0]</code></pre> <p><strong>计算距离：</strong></p> <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/1a23a95da3c48512736ce8cbc650550b.png"></p> <p><strong>结果：</strong></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/1c958a89e0f1a4ba8353a4145b9874b8.png"></p> <p>代码和测试数据点这里 ：密码：iaqr</p> <p>如果嫌下载麻烦，这里是全部code：</p> <pre> <code class="language-python"># -*- coding: UTF-8 -*- import math import csv import random import operator ''' @author:hunter @time:2017.03.31 ''' class KNearestNeighbor(object): def __init__(self): pass def loadDataset(self,filename, split, trainingSet, testSet): # 加载数据集 split以某个值为界限分类train和test with open(filename, 'r') as csvfile: lines = csv.reader(csvfile) #读取所有的行 dataset = list(lines) #转化成列表 for x in range(len(dataset)-1): for y in range(4): dataset[x][y] = float(dataset[x][y]) if random.random() < split: # 将所有数据加载到train和test中 trainingSet.append(dataset[x]) else: testSet.append(dataset[x]) def calculateDistance(self,testdata, traindata, length): # 计算距离 distance = 0 # length表示维度 数据共有几维 for x in range(length): distance += pow((testdata[x]-traindata[x]), 2) return math.sqrt(distance) def getNeighbors(self,trainingSet, testInstance, k): # 返回最近的k个边距 distances = [] length = len(testInstance)-1 for x in range(len(trainingSet)): #对训练集的每一个数计算其到测试集的实际距离 dist = self.calculateDistance(testInstance, trainingSet[x], length) print('训练集:{}-距离:{}'.format(trainingSet[x], dist)) distances.append((trainingSet[x], dist)) distances.sort(key=operator.itemgetter(1)) # 把距离从小到大排列 neighbors = [] for x in range(k): #排序完成后取前k个距离 neighbors.append(distances[x][0]) print(neighbors) return neighbors def getResponse(self,neighbors): # 根据少数服从多数，决定归类到哪一类 classVotes = {} for x in range(len(neighbors)): response = neighbors[x][-1] # 统计每一个分类的多少 if response in classVotes: classVotes[response] += 1 else: classVotes[response] = 1 print(classVotes.items()) sortedVotes = sorted(classVotes.items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True) #reverse按降序的方式排列 return sortedVotes[0][0] def getAccuracy(self,testSet, predictions): # 准确率计算 correct = 0 for x in range(len(testSet)): if testSet[x][-1] == predictions[x]: #predictions是预测的和testset实际的比对 correct += 1 print('共有{}个预测正确，共有{}个测试数据'.format(correct,len(testSet))) return (correct/float(len(testSet)))*100.0 def Run(self): trainingSet = [] testSet = [] split = 0.75 self.loadDataset(r'testdata.txt', split, trainingSet, testSet) #数据划分 print('Train set: ' + str(len(trainingSet))) print('Test set: ' + str(len(testSet))) #generate predictions predictions = [] k = 3 # 取最近的3个数据 # correct = [] for x in range(len(testSet)): # 对所有的测试集进行测试 neighbors = self.getNeighbors(trainingSet, testSet[x], k) #找到3个最近的邻居 result = self.getResponse(neighbors) # 找这3个邻居归类到哪一类 predictions.append(result) # print(correct) accuracy = self.getAccuracy(testSet,predictions) print('Accuracy: ' + repr(accuracy) + '%') if __name__ == '__main__': a = KNearestNeighbor() a.Run()</code></pre> <p> </p> <p>来自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/25863318</p> <p> </p>