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Python
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Python
import numpy as np
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import os
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"""
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实验说明:
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- 自行编写实现数据加载与 kNN 的手写数字分类算法。
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- 函数输入: 待分类的样本 input_vector, 训练数据集 dataSet, 训练集对应的标签 labels。
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- 函数返回: 预测的分类标签。
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注意事项:
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- 在 function.py 中实现 kNN 分类算法。
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- 可以自行导入其他库，需要在 requirements.txt 添加依赖，若未在 requirements.txt 中添加使用到的依赖，则无法自动评测，成绩为零。
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- 自动评测脚本仅会加载 classify 和 load_data 函数，请勿修改函数名。
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- 训练集和测试集需手动下载解压，并放入当前目录下。
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测评环境:
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- CPU: Intel Xeon(R) CPU E3-1231 v3 @ 3.40GHz
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- OS: Ubuntu 22.04.4 LTS
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- Python: 3.10.12
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- numpy: 2.1.1
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"""
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"""
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请在这里填写学号和姓名，不填写即成绩无效。
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"""
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id = "202210423203"
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name = "赵昊龙"
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"""
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参数说明:
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- input_vector (numpy array): 输入待分类的样本。
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- dataSet (numpy array): 训练数据集。
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- labels (list or numpy array): 训练集对应的标签。
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- k (int): kNN 算法参数，请**自行设置默认值**，评测时仅会使用其默认值，不修改默认值将**无法通过**评测，**成绩为零**。
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返回值:
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- int: 预测的分类标签。
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"""
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# 这里写自己的代码实现
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def classify(input_vector, dataSet, labels, k=3):
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"""
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KNN 分类算法。
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Args:
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- input_vector (numpy array): 输入待分类的样本。
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- dataSet (numpy array): 训练数据集。
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- labels (list or numpy array): 训练集对应的标签。
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- k (int): kNN 算法参数，请**自行设置默认值**，评测时仅会使用其默认值，不修改默认值将**无法通过**评测，**成绩为零**。
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Returns:
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- int: 预测的分类标签。
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"""
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# 计算输入向量与数据集中每个向量的欧式距离
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distances = []
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for i in range(dataSet.shape[0]):
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diff = (input_vector - dataSet[i]).astype(float) # 转换为浮点数
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dist = np.sqrt(np.sum(diff ** 2))
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distances.append((dist, labels[i]))
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# 根据距离进行排序，取前k个最近邻
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distances.sort(key=lambda x: x[0])
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k_nearest_labels = [label for _, label in distances[:k]]
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# 统计前k个最近邻中出现次数最多的标签
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from collections import Counter
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label_counts = Counter(k_nearest_labels)
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most_common_label = label_counts.most_common(1)[0][0]
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return most_common_label
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# 这里也写自己的代码实现
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def load_dataset(directory):
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"""
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从文件夹中加载数据，若不自行正确实现，则无法通过评测，**不记录成绩**。
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Args:
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- directory (str): 数据文件夹路径。
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Returns:
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- np.array: 特征数据。
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- np.array: 标签数据。
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"""
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training_file_list = os.listdir(directory)
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training_matrix = []
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training_labels = []
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for file in training_file_list:
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class_num = int(file.split('_')[0])
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vector = img_to_vector(os.path.join(directory, file))
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training_matrix.append(vector)
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training_labels.append(class_num)
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return np.array(training_matrix), np.array(training_labels)
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# 这里还写自己的代码实现
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def img_to_vector(filename):
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"""
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将二值图像转换为向量。
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该部分应为 load_dataset 函数的辅助子函数，可单独在这里实现，也可直接集成至 load_dataset 函数中。
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Args:
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- filename (str): 图像文件路径。
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Returns:
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- np.array: 二值图像向量。
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"""
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return np.array([int(pixel) for pixel in open(filename).read().split()])
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if __name__ == "__main__":
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# 以下代码可用于测试，可自行随意修改
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train_data, train_labels = load_dataset("trainingDigits")
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test_data = (
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"00000000000000110000000000000000"
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"00000000000011111000000000000000"
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"00000000000011111100000000000000"
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"00000000001111111110000000000000"
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"00000000001111111110000000000000"
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"00000000001111111100000000000000"
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"00000000011111111000000000000000"
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"00000000111111111000000000000000"
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"00000000111111110000000000000000"
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"00000000111111110000000000000000"
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"00000000111111110000000000000000"
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"00000000111111110000000000000000"
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"00000000111111100000000000000000"
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"00000001111111100000000000000000"
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"00000001111111100000000000000000"
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"00000001111111100000000000000000"
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"00000001111111111111000000000000"
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"00000001111111111111111000000000"
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"00000001111111111111111100000000"
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"00000011111111111111111110000000"
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"00000011111111111111111110000000"
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"00000001111111111111111110000000"
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"00000001111111111111111110000000"
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"00000000111111111100111111100000"
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"00000000111111111000111111100000"
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"00000000011111111001111111100000"
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"00000000011111111111111111000000"
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"00000000001111111111111111000000"
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"00000000000111111111111111000000"
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"00000000000011111111111100000000"
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"00000000000001111111110000000000"
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"00000000000000000111100000000000"
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)
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predicted_label = classify(
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np.array([int(char) for char in test_data]).reshape(1, 1024),
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train_data,
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train_labels,
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)
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print(f"预测的标签: {predicted_label}") |