python3实现机器学习--KNN算法详解

Love The Way You Lie 2022-05-20 02:53 192阅读 0赞

*  首先我们通过一个简单的数据集来了解一下KNN算法。

import matplotlib as mpl
    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    
    data_x=
    [[3.342342, 2.3231231], [3.12122, 1.782342], [1.343423, 3.362342], [3.5823423, 4.67342], [2.2834234, 2.866345], [7.42123123, 4.696345], [5.742434, 3.63234], [9.173423, 2.5152342], [7.7952342, 3.5212412], [7.9352342, 0.79523421]]
     data_y=[0,0,0,0,0,1,1,1,1,1]

data\_x数据集是绘制图像需要的几个基本点，data\_y是这些点所在的不同类别，分别是0，1。  
接下来我们通过matplotlib来展示这些点的分布情况。

#这是实际操作的点
    X_train=np.array(data_x)
    Y_train=np.array(data_y)
    
    plt.scatter(X_train[Y_train==0,0],X_train[Y_train==0,1],color="g")
    plt.scatter(X_train[Y_train==1,0],X_train[Y_train==1,1],color="r")
    plt.show()

结果显示如下图：  
![这里写图片描述][70]  
我们可以清楚的看到，红色和绿色的两个不同类别分布情况，接下来我们又得到了另一个点，但是我们不知道他是属于哪一个类别，这时我们就需要将它也在图上表示出来，代码如下：

x=np.array([8.342342,3.353423])
    
    plt.scatter(X_train[Y_train==0,0],X_train[Y_train==0,1],color="g")
    plt.scatter(X_train[Y_train==1,0],X_train[Y_train==1,1],color="r")
    plt.scatter(x[0],x[1],color="b")
    plt.show()

我们将新增的这个点用蓝色表示，结果如下：  
![这里写图片描述][70 1]  
我们可以清楚的再图上看到他的位置，和红色部分靠近。  
\* 因为KNN算法是根据相近的几个点的位置来判断该点是什么类别，所以我们可以知道，这个点是属于红色的类别。  
\* 思路：  
1.计算出新的那个点和原来那些点的距离

from math import sqrt
    dis=[]
    for x_train in X_train:
        d=sqrt(np.sum((x_train-x)**2))
        dis.append(d)
    
     结果：
     dis：
     [5.105048274398589,
     5.452376587089798,
     6.998924682915369,
     4.939634523323471,
     6.078465232236668,
     1.6284607912670155,
     2.6148262468762624,
     1.1803626955332156,
     0.5722673265809259,
     2.5903796335870357]

或直接使用：

dis=[sqrt(np.sum((x_train-x)**2)) for x_train in X_train]

结果都是一样的，我们得到了新的点和原来点的距离  
2.接下来我们要得到与新的点距离最近的几个点，我们要对生成的dis里面的数据进行排序，得到这些点的位置，我们可以得到最近的点的索引位置，使用numpy内置的argsort方法。  
将排序结果存在short里面：

short=np.argsort(dis)
    
    结果：
    array([8, 7, 5, 9, 6, 3, 0, 1, 4, 2])

可以知道，最近的点是索引为8的点，其次是7.  
3.我们还要得到这些距离最近的几个点属于哪些类别。我们设置k为6，看前六个点属于哪些类别，将y\_train中的数据在short中遍历，看哪些符合条件。

topK_y=[y_train[i] for i in short[:k]]

结果：\[1, 1, 1, 1, 1, 0\]  
所以，最近的五个点为类别1，还有一个类别0.  
或者我们计算结果：

from collections import Counter
    Counter(topK_y)#计算出现的频次
    
    结果：Counter({
       1: 5, 0: 1})

votes=Counter(topK_y)#存放结果
    votes.most_common(1)
    
    结果：
    [(1, 5)]#最多的为1，有五个

因为我们要获取的是类别，所以通过\[0\]\[0\]获取。

pre=votes.most_common(1)[0][0]
    结果：
    1

因此我们就得到了最近的点的类别是1，这个点就是类别1.

代码截图：  
![这里写图片描述][70 2]

![这里写图片描述][70 3]

![这里写图片描述][70 4]

![这里写图片描述][70 5]

![这里写图片描述][70 6]

[70]: /images/20220520/40a79db44ca741cfb69cc028ddad37a5.png
[70 1]: /images/20220520/97d09f6850404098859d525205820040.png
[70 2]: /images/20220520/98d627ce5201487b9de11e103c97f7d9.png
[70 3]: /images/20220520/9f4ae11b00df4bd3937f7e39884334b5.png
[70 4]: /images/20220520/47137cef6df14a909b82f9d4d7ec59fe.png
[70 5]: /images/20220520/17bda3c1cd67471ab6c049e750a4b2ad.png
[70 6]: /images/20220520/3c4a0a34cf244ad5811a08c4b763ee96.png