K最近邻 (k-Nearest Neighbors，KNN) 算法是一种分类算法，也是最简单易懂的机器学习算法。
该算法的思想是：一个样本与数据集中的k个样本最相似，如果这k个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。
先准备下电影分类数据集（纯属虚构）：
| 序 号 |
电影名称 |
搞笑镜头 |
拥抱镜头 |
打斗镜头 |
电影类型 |
| 1. |
宝贝当家 |
45 |
2 |
9 |
喜剧片 |
| 2. |
美人鱼 |
21 |
17 |
5 |
喜剧片 |
| 3. |
澳门风云3 |
54 |
9 |
11 |
喜剧片 |
| 4. |
功夫熊猫3 |
39 |
0 |
31 |
喜剧片 |
| 5. |
谍影重重 |
5 |
2 |
57 |
动作片 |
| 6. |
叶问3 |
3 |
2 |
65 |
动作片 |
| 7. |
伦敦陷落 |
2 |
3 |
55 |
动作片 |
| 8. |
我的特工爷爷 |
6 |
4 |
21 |
动作片 |
| 9. |
奔爱 |
7 |
46 |
4 |
爱情片 |
| 10. |
夜孔雀 |
9 |
39 |
8 |
爱情片 |
| 11. |
代理情人 |
9 |
38 |
2 |
爱情片 |
| 12. |
新步步惊心 |
8 |
34 |
17 |
爱情片 |
| 13. |
唐人街探案 |
23 |
3 |
17 |
？ |
上面数据集中序号1-12为已知的电影分类，分为喜剧片、动作片、爱情片三个种类，使用的特征值分别为搞笑镜头、打斗镜头、拥抱镜头的数量。那么来了一部新电影《唐人街探案》，它属于上述3个电影分类中的哪个类型？
构建一个已分好类的数据集
对于一个规模巨大的数据集，显然数据库是更好的选择。这里为了方便验证，使用Python的字典dict构造数据集。
计算一个新样本与数据集中所有数据的距离
这里的新样本就是："唐人街探案": [23, 3, 17, "？片"]。欧式距离是一个非常简单又最常用的距离计算方法。
其中x,y为2个样本，n为维度，xi，yi为x，y第i个维度上的特征值。如x为："唐人街探案": [23, 3, 17, "？片"]，y为："伦敦陷落": [2, 3, 55, "动作片"]，则两者之间的距离为：=43.42。
按照距离大小进行递增排序
方便选取最小距离集。
选取距离最小的k个样本，确定前k个样本所在类别出现的频率，并输出出现频率最高的类别
import math
# 构建一个已分好类的数据集
movie_data = {
"宝贝当家": [45, 2, 9, "喜剧片"],
"美人鱼": [21, 17, 5, "喜剧片"],
"澳门风云3": [54, 9, 11, "喜剧片"],
"功夫熊猫3": [39, 0, 31, "喜剧片"],
"谍影重重": [5, 2, 57, "动作片"],
"叶问3": [3, 2, 65, "动作片"],
"伦敦陷落": [2, 3, 55, "动作片"],
"我的特工爷爷": [6, 4, 21, "动作片"],
"奔爱": [7, 46, 4, "爱情片"],
"夜孔雀": [9, 39, 8, "爱情片"],
"代理情人": [9, 38, 2, "爱情片"],
"新步步惊心": [8, 34, 17, "爱情片"]
}
# 待测数据
x = [23, 3, 17]
# 欧氏距离集合
KNN = []
for key, v in movie_data.items():
# 欧氏距离
d = math.sqrt((x[0] - v[0])**2 + (x[1] - v[1])**2 + (x[2] - v[2])**2)
KNN.append([key, round(d, 2)]) # 保留两位小数
# 按照距离大小进行递增排序。
KNN.sort(key=lambda dis: dis[1]) # (key=lambda dis: dis[1])表示按每个元素的第2个参数排序
# 选取距离最小的k个样本
KNN = KNN[: 5]
# 确定前k个样本所在类别出现的频率，并输出出现频率最高的类别。
labels = {"喜剧片": 0, "动作片": 0, "爱情片": 0} # 统计值初始化
for s in KNN:
label = movie_data[s[0]] # 遍历标签
labels[label[3]] += 1 # 标签对应的值增加
finalL = sorted(labels.items(), key=lambda l: l[1], reverse=True) # 使用内置排序，不改变源标签序列，降序
print(finalL, finalL[0][0], sep="\n")
"E:\Python 3.6.2\python.exe" F:/PycharmProjects/KNN.py
[('喜剧片', 4), ('动作片', 1), ('爱情片', 0)]
喜剧片
Process finished with exit code 0
KNN有几个特点：
（1）KNN属于惰性学习
这是与急切学习相对应的，因为KNN没有显式的学习过程！也就是说没有训练阶段，从上面的例子就可以看出，数据集事先已有了分类和特征值，待收到新样本后直接进行处理。
（2）KNN的计算复杂度较高
我们从上面的例子可以看到，新样本需要与数据集中每个数据进行距离计算，计算复杂度和数据集中的数据数目n成正比，也就是说，KNN的时间复杂度为O(n)，因此KNN一般适用于样本数较少的数据集。
（3）k取不同值时，分类结果可能会有显著不同。
上例中，如果k取值为k=1，那么分类就是动作片，而不是喜剧片。一般k的取值不超过20，上限是n的开方。