机器学习 KNN算法实现

本文提供了机器学习knn算法实现
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from os import listdir
import numpy as np
import operator

# 数据准备,将图像转换为测试向量
def img2vector(filename):
    # 创建向量
    returnVect = np.zeros((1, 1024))
    # 打开数据文件,读取每行内容
    fr = open(filename)
    for i in range(32):
        # 读取每一行
        lineStr = fr.readline()
        # 将每行前 32 字符转成 int 存入向量
        for j in range(32):
            returnVect[0, 32 * i + j] = int(lineStr[j])
    return returnVect

#分类
def classify0(inX, dataSet, labels, k):
    """
    参数:
    - inX: 用于分类的输入向量
    - dataSet: 输入的训练样本集
    - labels: 样本数据的类标签向量
    - k: 用于选择最近邻居的数目
    """

    # 获取样本数据数量
    dataSetSize = dataSet.shape[0]

    # 矩阵运算,计算测试数据与每个样本数据对应数据项的差值
    diffMat = np.tile(inX, (dataSetSize, 1)) - dataSet #逐行相减

    # sqDistances 上一步骤结果平方和
    sqDiffMat = diffMat ** 2  #是该行的每一个数平方,不是矩阵的平方
    sqDistances = sqDiffMat.sum(axis=1) #每行相加 得到一个差的和的矩阵

    # 取平方根,得到距离向量
    distances = sqDistances ** 0.5

    # 按照距离从低到高排序
    sortedDistIndicies = distances.argsort() #排序的后索引的数组
    classCount = {}

    # 依次取出最近的样本数据
    for i in range(k):
        # 记录该样本数据所属的类别
        voteIlabel = labels[sortedDistIndicies[i]]
        classCount[voteIlabel] = classCount.get(voteIlabel, 0) + 1

    # 对类别出现的频次进行排序,从高到低
    sortedClassCount = sorted(
        classCount.items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True)

    # 返回出现频次最高的类别
    return sortedClassCount[0][0]

# 测试算法:使用 K 近邻算法识别手写数字
def handwritingClassTest():
    # 样本数据的类标签列表
    hwLabels = []

    # 样本数据文件列表
    trainingFileList = listdir('D:\python_exc\digits\TrainingDigits')
    m = len(trainingFileList)

    # 初始化样本数据矩阵(M*1024)
    trainingMat = np.zeros((m, 1024))

    # 依次读取所有样本数据到数据矩阵
    for i in range(m):
        # 提取文件名中的数字
        fileNameStr = trainingFileList[i]   #名字是带.txt的
        fileStr = fileNameStr.split('.')[0]  #得到的是"1_44"这种
        classNumStr = int(fileStr.split('_')[0])
        hwLabels.append(classNumStr)#得到第 i 个文本文件的标记,并存入数组

        # 将样本数据存入矩阵
        trainingMat[i, :] = img2vector('D:\python_exc\digits\TrainingDigits/%s' % fileNameStr) #第i个文件

    # 循环读取测试数据
    testFileList = listdir('D:\python_exc\digits\TestDigits')

    # 初始化错误率
    errorCount = 0.0
    mTest = len(testFileList)

    # 循环测试每个测试数据文件
    for i in range(mTest):
        # 提取文件名中的数字
        fileNameStr = testFileList[i]
        fileStr = fileNameStr.split('.')[0]
        classNumStr = int(fileStr.split('_')[0])

        # 提取数据向量
        vectorUnderTest = img2vector('D:\python_exc\digits\TestDigits/%s' % fileNameStr)

        # 对数据文件进行分类
        classifierResult = classify0(vectorUnderTest, trainingMat, hwLabels, 4) #用一个待测的 和整个样本比

        # 打印 K 近邻算法分类结果和真实的分类
        #print("测试样本 %d, 分类器预测: %d, 真实类别: %d" %
              #(i+1, classifierResult, classNumStr))

        # 判断K 近邻算法结果是否准确
        if (classifierResult != classNumStr):
            errorCount += 1.0

    # 打印错误率
    print("\n错误分类计数: %d" % errorCount)
    print("\n错误分类比例: %f" % (errorCount/float(mTest)))

handwritingClassTest()

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