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近鄰演算法預測案例

發布時間:2023-12-01 03:54:28

❶ 實驗二 K-近鄰演算法及應用

(1)簡單,易於理解,易於實現,無需估計參數。

(2)訓練時間為零。它沒有顯示的訓練,不像其它有監督的演算法會用訓練集train一個模型(也就是擬合一個函數),然後驗證集或測試集用該模型分類。KNN只是把樣本保存起來,收到測試數據時再處理,所以KNN訓練時間為零。

(3)KNN可以處理分類問題,同時天然可以處理多分類問題,適合對稀有事件進行分類。

(4)特別適合於多分類問題(multi-modal,對象具有多個類別標簽), KNN比SVM的表現要好。

(5)KNN還可以處理回歸問題,也就是預測。

(6)和樸素貝葉斯之類的演算法比,對數據沒有假設,准確度高,對異常點不敏感。

(1)計算量太大,尤其是特徵數非常多的時候。每一個待分類文本都要計算它到全體已知樣本的距離,才能得到它的第K個最近鄰點。

(2)可理解性差,無法給出像決策樹那樣的規則。

(3)是慵懶散學習方法,基本上不學習,導致預測時速度比起邏輯回歸之類的演算法慢。

(4)樣本不平衡的時候,對稀有類別的預測准確率低。當樣本不平衡時,如一個類的樣本容量很大,而其他類樣本容量很小時,有可能導致當輸入一個新樣本時,該樣本的K個鄰居中大容量類的樣本佔多數。

(5)對訓練數據依賴度特別大,對訓練數據的容錯性太差。如果訓練數據集中,有一兩個數據是錯誤的,剛剛好又在需要分類的數值的旁邊,這樣就會直接導致預測的數據的不準確。

需要一個特別容易解釋的模型的時候。
比如需要向用戶解釋原因的推薦演算法。

通過此次實驗我了解了K近鄰演算法及其思路,該方法的思路是:如果一個樣本在特徵空間中的k個最相似的樣本中的大多數屬於某一個類別,則該樣本也屬於這個類別。
所謂k近鄰演算法,即是給定一個訓練數據集,對新的輸入實例,在訓練數據集中找到與該實例最鄰近的k個實例。

❷ K-近鄰演算法簡介

1.K-近鄰(KNearestNeighbor,KNN)演算法簡介 :對於一個未知的樣本,我們可以根據離它最近的k個樣本的類別來判斷它的類別。

以下圖為例,對於一個未知樣本綠色小圓,我們可以選取離它最近的3的樣本,其中包含了2個紅色三角形,1個藍色正方形,那麼我們可以判斷綠色小圓屬於紅色三角形這一類。
我們也可以選取離它最近的5個樣本,其中包含了3個藍色正方形,2個紅色三角形,那麼我們可以判斷綠色小圓屬於藍色正方形這一類。

3.API文檔

下面我們來對KNN演算法中的參數項做一個解釋說明:

'n_neighbors':選取的參考對象的個數(鄰居個數),默認值為5,也可以自己指定數值,但不是n_neighbors的值越大分類效果越好,最佳值需要我們做一個驗證。
'weights': 距離的權重參數,默認uniform。
'uniform': 均勻的權重,所有的點在每一個類別中的權重是一樣的。簡單的說,就是每個點的重要性都是一樣的。
'distance':權重與距離的倒數成正比,距離近的點重要性更高,對於結果的影響也更大。
'algorithm':運算方法,默認auto。
'auto':根絕模型fit的數據自動選擇最合適的運算方法。
'ball_tree':樹模型演算法BallTree
'kd_tree':樹模型演算法KDTree
'brute':暴力演算法
'leaf_size':葉子的尺寸,默認30。只有當algorithm = 'ball_tree' or 'kd_tree',這個參數需要設定。
'p':閔可斯基距離,當p = 1時,選擇曼哈頓距離;當p = 2時,選擇歐式距離。
n_jobs:使用計算機處理器數目,默認為1。當n=-1時,使用所有的處理器進行運算。

4.應用案例演示
下面以Sklearn庫中自帶的數據集--手寫數字識別數據集為例,來測試下kNN演算法。上一章,我們簡單的介紹了機器學習的一般步驟:載入數據集 - 訓練模型 - 結果預測 - 保存模型。這一章我們還是按照這個步驟來執行。
[手寫數字識別數據集] https://scikit-learn.org/stable/moles/generated/sklearn.datasets.load_digits.html#sklearn.datasets.load_digits

5.模型的方法
每一種模型都有一些它獨有的屬性方法(模型的技能,能做些什麼事),下面我們來了解下knn演算法常用的的屬性方法。

6.knn演算法的優缺點
優點:
簡單,效果還不錯,適合多分類問題
缺點:
效率低(因為要計算預測樣本距離每個樣本點的距離,然後排序),效率會隨著樣本量的增加而降低。

❸ K-近鄰演算法(K-NN)

給定一個訓練數據集,對於新的輸入實例, 根據這個實例最近的 k 個實例所屬的類別來決定其屬於哪一類 。所以相對於其它機器學習模型和演算法,k 近鄰總體上而言是一種非常簡單的方法。

找到與該實例最近鄰的實例,這里就涉及到如何找到,即在特徵向量空間中,我們要採取 何種方式來對距離進行度量

距離的度量用在 k 近鄰中我們也可以稱之為 相似性度量 ,即特徵空間中兩個實例點相似程度的反映。在機器學習中,常用的距離度量方式包括歐式距離、曼哈頓距離、餘弦距離以及切比雪夫距離等。 在 k 近鄰演算法中常用的距離度量方式是歐式距離,也即 L2 距離, L2 距離計算公式如下:

一般而言,k 值的大小對分類結果有著重大的影響。 當選擇的 k 值較小的情況下,就相當於用較小的鄰域中的訓練實例進行預測,只有當與輸入實例較近的訓練實例才會對預測結果起作用。但與此同時預測結果會對實例點非常敏感,分類器抗噪能力較差,因而容易產生過擬合 ,所以一般而言,k 值的選擇不宜過小。但如果選擇較大的 k 值,就相當於在用較大鄰域中的悶鄭握訓練實例進行預測,但相應的分類誤差也會增大,模型整體變得簡單,會產生一定程度的欠擬合。所以一般而言,我們需要 採用交叉驗證的方式來選擇合適的 k 值

k 個實例的多數屬於哪叢褲個類,明顯是多數表決的歸類規則。當然還可能使用其他規則,所以第三個關鍵就是 分類決策規則。

回歸:k個實例該屬性值的平均值

它是一個二叉樹的數據結構,方便存儲 K 維空間的數據

KNN 的計算過程是大量計算樣本點之間的距離。為了減少計算距離次數,提升 KNN 的搜索效率,人們提出了 KD 樹(K-Dimensional 的縮寫)。KD 樹是對數據點在 K 維空間中劃分的一種數據結構。在 KD 樹的構造中,每個節點都是 k 維數值點的二叉樹。螞慶既然是二叉樹,就可以採用二叉樹的增刪改查操作,這樣就大大提升了搜索效率。

如果是做分類,你需要引用:from sklearn.neihbors import KNeighborsClassifier
如果是回歸, 需要引用:from sklearn.neighbors import KNeighborsRegressor

sklearn.neighbors.KNeighborsClassifier(n_neighbors=5, weights='uniform', algorithm='auto', leaf_size=30, p=2, metric='minkowski', metric_params=None, n_jobs=None, **kwargs)

❹ k近鄰演算法的案例介紹

如 上圖所示,有兩類不同的樣本數據,分別用藍色的小正方形和紅色的小三角形表示,而圖正中間的那個綠色的圓所標示的數據則是待分類的數據。也就是說,現在, 我們不知道中間那個綠色的數據是從屬於哪一類(藍色小正方形or紅色小三角形),下面,我們就要解決這個問題:給這個綠色的圓分類。我們常說,物以類聚,人以群分,判別一個人是一個什麼樣品質特徵的人,常常可以從他/她身邊的朋友入手,所謂觀其友,而識其人。我們不是要判別上圖中那個綠色的圓是屬於哪一類數據么,好說,從它的鄰居下手。但一次性看多少個鄰居呢?從上圖中,你還能看到:
如果K=3,綠色圓點的最近的3個鄰居是2個紅色小三角形和1個藍色小正方形,少數從屬於多數,基於統計的方法,判定綠色的這個待分類點屬於紅色的三角形一類。 如果K=5,綠色圓點的最近的5個鄰居是2個紅色三角形和3個藍色的正方形,還是少數從屬於多數,基於統計的方法,判定綠色的這個待分類點屬於藍色的正方形一類。 於此我們看到,當無法判定當前待分類點是從屬於已知分類中的哪一類時,我們可以依據統計學的理論看它所處的位置特徵,衡量它周圍鄰居的權重,而把它歸為(或分配)到權重更大的那一類。這就是K近鄰演算法的核心思想。
KNN演算法中,所選擇的鄰居都是已經正確分類的對象。該方法在定類決策上只依據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。
KNN 演算法本身簡單有效,它是一種 lazy-learning 演算法,分類器不需要使用訓練集進行訓練,訓練時間復雜度為0。KNN 分類的計算復雜度和訓練集中的文檔數目成正比,也就是說,如果訓練集中文檔總數為 n,那麼 KNN 的分類時間復雜度為O(n)。
KNN方法雖然從原理上也依賴於極限定理,但在類別決策時,只與極少量的相鄰樣本有關。由於KNN方法主要靠周圍有限的鄰近的樣本,而不是靠判別類域的方法來確定所屬類別的,因此對於類域的交叉或重疊較多的待分樣本集來說,KNN方法較其他方法更為適合。
K 近鄰演算法使用的模型實際上對應於對特徵空間的劃分。K 值的選擇,距離度量和分類決策規則是該演算法的三個基本要素: K 值的選擇會對演算法的結果產生重大影響。K值較小意味著只有與輸入實例較近的訓練實例才會對預測結果起作用,但容易發生過擬合;如果 K 值較大,優點是可以減少學習的估計誤差,但缺點是學習的近似誤差增大,這時與輸入實例較遠的訓練實例也會對預測起作用,是預測發生錯誤。在實際應用中,K 值一般選擇一個較小的數值,通常採用交叉驗證的方法來選擇最優的 K 值。隨著訓練實例數目趨向於無窮和 K=1 時,誤差率不會超過貝葉斯誤差率的2倍,如果K也趨向於無窮,則誤差率趨向於貝葉斯誤差率。 該演算法中的分類決策規則往往是多數表決,即由輸入實例的 K 個最臨近的訓練實例中的多數類決定輸入實例的類別 距離度量一般採用 Lp 距離,當p=2時,即為歐氏距離,在度量之前,應該將每個屬性的值規范化,這樣有助於防止具有較大初始值域的屬性比具有較小初始值域的屬性的權重過大。 KNN演算法不僅可以用於分類,還可以用於回歸。通過找出一個樣本的k個最近鄰居,將這些鄰居的屬性的平均值賦給該樣本,就可以得到該樣本的屬性。更有用的方法是將不同距離的鄰居對該樣本產生的影響給予不同的權值(weight),如權值與距離成反比。該演算法在分類時有個主要的不足是,當樣本不平衡時,如一個類的樣本容量很大,而其他類樣本容量很小時,有可能導致當輸入一個新樣本時,該樣本的K個鄰居中大容量類的樣本佔多數。 該演算法只計算「最近的」鄰居樣本,某一類的樣本數量很大,那麼或者這類樣本並不接近目標樣本,或者這類樣本很靠近目標樣本。無論怎樣,數量並不能影響運行結果。可以採用權值的方法(和該樣本距離小的鄰居權值大)來改進。
該方法的另一個不足之處是計算量較大,因為對每一個待分類的文本都要計算它到全體已知樣本的距離,才能求得它的K個最近鄰點。目前常用的解決方法是事先對已知樣本點進行剪輯,事先去除對分類作用不大的樣本。該演算法比較適用於樣本容量比較大的類域的自動分類,而那些樣本容量較小的類域採用這種演算法比較容易產生誤分。
實現 K 近鄰演算法時,主要考慮的問題是如何對訓練數據進行快速 K 近鄰搜索,這在特徵空間維數大及訓練數據容量大時非常必要。

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