机器学习基础KNN邻近算法分类器

概述
最简单最初级的分类器是将全部的训练数据所对应的类别都记录下来,当测试对象的属性和某个训练对象的属性完全匹配时,便可以对其进行分类。但是怎么可能所有测试对象都会找到与之完全匹配的训练对象呢,其次就是存在一个测试对象同时与多个训练对象匹配,导致一个训练对象被分到了多个类的问题,基于这些问题呢,就产生了KNearestNeighbor(简称KNN)。

KNN是通过测量不同维度特征值之间的距离进行分类。
它的的思路是:如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别,则该样本也属于这个类别。K通常是不大于20的整数。KNN算法中,所选择的邻居都是已经正确分类的对象。该方法在定类决策上只依据最邻近的一个或者几个样本的类别来决定待分样本所属的类别。

欧式距离/曼哈顿距离

在KNN中,通过计算对象间距离来作为各个对象之间的非相似性指标,避免了对象之间的匹配问题,在这里距离一般使用欧氏距离或曼哈顿距离:

欧氏距离/曼哈顿距离

同时,KNN通过依据k个对象中占优的类别进行决策,而不是单一的对象类别决策。这两点就是KNN算法的优势。

如图所示,有A,B,C类,现在输入以一个New类进行判断属于ABC哪个类(根据距离判断)

KNN

Python代码测试

这里使用sklearn中的KNN对长尾花案例进行分类预测,Iris数据集一共包括150行记录,其中前四列为花萼长度,花萼宽度,花瓣长度,花瓣宽度等4个用于识别鸢尾花的属性,第5列为鸢尾花的类别(包括Setosa,Versicolour,Virginica三类)也即通过判定花萼长度,花萼宽度,花瓣长度,花瓣宽度的尺寸大小来识别鸢尾花的类别(数据集相关介绍见:https://scikit-learn.org.cn/view/542.html

#encoding=utf-8
#knn 最邻近规则算法
from sklearn import datasets
from sklearn import neighbors


#加载KNN分类器
knn=neighbors.KNeighborsClassifier()

#Iris数据集
iris=datasets.load_iris()

#建立模型 data:数据  target:类别标签
knn.fit(iris.data, iris.target)

#预测
prediction=knn.predict([[1,2,3,4]])

print(prediction)

结论

在训练集中数据和标签已知的情况下,输入测试数据,将测试数据的特征与训练集中对应的特征进行相互比较,找到训练集中与之最为相似的前K个数据,则该测试数据对应的类别就是K个数据中出现次数最多的那个分类,其算法的描述为:

1)计算测试数据与各个训练数据之间的距离;
2)按照距离的递增关系进行排序;
3)选取距离最小的K个点;
4)确定前K个点所在类别的出现频率;
5)返回前K个点中出现频率最高的类别作为测试数据的预测分类。