generated from LufsX/Experiment-kNN
This commit is contained in:
+43
-60
@@ -1,24 +1,47 @@
|
||||
# function.py
|
||||
import numpy as np
|
||||
import os
|
||||
from sklearn.neighbors import KDTree
|
||||
|
||||
"""
|
||||
实验说明:
|
||||
|
||||
- 自行编写实现数据加载与 kNN 的手写数字分类算法。
|
||||
|
||||
- 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。
|
||||
|
||||
- 函数返回: 预测的分类标签。
|
||||
|
||||
请在这里填写学号和姓名,不填写即成绩无效。
|
||||
注意事项:
|
||||
- 在 function.py 中实现 kNN 分类算法。
|
||||
- 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。
|
||||
- 自动评测脚本仅会加载 classify 和 load_data 函数,请勿修改函数名。
|
||||
- 训练集和测试集需手动下载解压,并放入当前目录下。
|
||||
|
||||
测评环境:
|
||||
- CPU: Intel Xeon(R) CPU E3-1231 v3 @ 3.40GHz
|
||||
- OS: Ubuntu 22.04.4 LTS
|
||||
- Python: 3.10.12
|
||||
- numpy: 2.1.1
|
||||
"""
|
||||
|
||||
|
||||
"""
|
||||
请在这里填写学号和姓名,不填写即成绩无效。
|
||||
"""
|
||||
id = "202210423213"
|
||||
name = "熊浩燃"
|
||||
|
||||
|
||||
def classify(input_vector, dataSet, labels, k=1, distance_metric='euclidean', weighted=False):
|
||||
"""
|
||||
参数说明:
|
||||
- input_vector (numpy array): 输入待分类的样本。
|
||||
- dataSet (numpy array): 训练数据集。
|
||||
- labels (list or numpy array): 训练集对应的标签。
|
||||
- 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**。
|
||||
返回值:
|
||||
- int: 预测的分类标签。
|
||||
"""
|
||||
|
||||
|
||||
# 这里写自己的代码实现
|
||||
def classify(input_vector, dataSet, labels, k=1):
|
||||
"""
|
||||
KNN 分类算法。
|
||||
|
||||
@@ -26,61 +49,25 @@ def classify(input_vector, dataSet, labels, k=1, distance_metric='euclidean', we
|
||||
- input_vector (numpy array): 输入待分类的样本。
|
||||
- dataSet (numpy array): 训练数据集。
|
||||
- labels (list or numpy array): 训练集对应的标签。
|
||||
- k (int): kNN 算法参数,默认值为1。
|
||||
- distance_metric (str): 距离度量方式,支持'euclidean'和'manhattan'。
|
||||
- weighted (bool): 是否使用加权投票。
|
||||
- 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**。
|
||||
|
||||
Returns:
|
||||
- int: 预测的分类标签。
|
||||
"""
|
||||
# 选择距离度量
|
||||
if distance_metric == 'euclidean':
|
||||
distances = np.linalg.norm(dataSet - input_vector, axis=1)
|
||||
elif distance_metric == 'manhattan':
|
||||
distances = np.sum(np.abs(dataSet - input_vector), axis=1)
|
||||
else:
|
||||
raise ValueError(f"Unsupported distance metric: {distance_metric}")
|
||||
|
||||
# 计算欧氏距离
|
||||
distances = np.linalg.norm(dataSet - input_vector, axis=1)
|
||||
# 获取距离最近的 k 个样本的索引
|
||||
nearest_neighbors_indices = distances.argsort()[:k]
|
||||
# 获取这些样本的标签
|
||||
nearest_labels = np.array(labels)[nearest_neighbors_indices]
|
||||
|
||||
if weighted:
|
||||
# 使用加权投票:距离越近,权重越大
|
||||
nearest_distances = distances[nearest_neighbors_indices]
|
||||
weights = 1 / (nearest_distances + 1e-5) # 防止距离为0
|
||||
weighted_vote = np.bincount(nearest_labels, weights=weights)
|
||||
predicted_label = weighted_vote.argmax()
|
||||
else:
|
||||
predicted_label = np.bincount(nearest_labels).argmax()
|
||||
|
||||
return predicted_label
|
||||
|
||||
|
||||
def classify_with_kdtree(input_vector, dataSet, labels, k=1):
|
||||
"""
|
||||
使用 KD-tree 进行加速的 kNN 分类算法。
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
- input_vector (numpy array): 输入待分类的样本。
|
||||
- dataSet (numpy array): 训练数据集。
|
||||
- labels (list or numpy array): 训练集对应的标签。
|
||||
- k (int): kNN 算法参数,默认值为1。
|
||||
|
||||
Returns:
|
||||
- int: 预测的分类标签。
|
||||
"""
|
||||
tree = KDTree(dataSet) # 构建 KD-tree
|
||||
dist, indices = tree.query(input_vector.reshape(1, -1), k=k) # 查询最近邻
|
||||
nearest_labels = np.array(labels)[indices[0]]
|
||||
# 统计出现次数最多的标签并返回
|
||||
predicted_label = np.bincount(nearest_labels).argmax()
|
||||
return predicted_label
|
||||
|
||||
|
||||
# 这里也写自己的代码实现
|
||||
def load_dataset(directory):
|
||||
"""
|
||||
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。
|
||||
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**。
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
- directory (str): 数据文件夹路径。
|
||||
@@ -99,10 +86,12 @@ def load_dataset(directory):
|
||||
data_list.append(vector)
|
||||
return np.array(data_list), np.array(labels)
|
||||
|
||||
|
||||
# 这里还写自己的代码实现
|
||||
def img_to_vector(filename):
|
||||
"""
|
||||
将二值图像转换为向量。
|
||||
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。
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
- filename (str): 图像文件路径。
|
||||
|
||||
@@ -119,10 +108,9 @@ def img_to_vector(filename):
|
||||
|
||||
|
||||
if __name__ == "__main__":
|
||||
# 加载训练数据
|
||||
# 测试代码
|
||||
train_data, train_labels = load_dataset("trainingDigits")
|
||||
|
||||
# 测试数据
|
||||
test_data = (
|
||||
"00000000000000110000000000000000"
|
||||
"00000000000011111000000000000000"
|
||||
@@ -157,13 +145,8 @@ if __name__ == "__main__":
|
||||
"00000000000001111111110000000000"
|
||||
"00000000000000000111100000000000"
|
||||
)
|
||||
|
||||
|
||||
test_vector = np.array([int(char) for char in test_data]).reshape(1, 1024)
|
||||
|
||||
# 使用曼哈顿距离分类
|
||||
predicted_label = classify(test_vector, train_data, train_labels, distance_metric='manhattan')
|
||||
print(f"预测的标签(曼哈顿距离): {predicted_label}")
|
||||
|
||||
# 使用 KD-tree 进行加速的分类
|
||||
predicted_label_kdtree = classify_with_kdtree(test_vector, train_data, train_labels)
|
||||
print(f"预测的标签(KD-tree 加速): {predicted_label_kdtree}")
|
||||
|
||||
predicted_label = classify(test_vector, train_data, train_labels)
|
||||
print(f"预测的标签: {predicted_label}")
|
||||
Reference in New Issue
Block a user