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Experiment-kNN/function.py
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cy e8aa47a045
Gitea Actions Experiment Test / Experiment-Actions (push) Successful in 13s
更新 function.py
2024-10-15 11:08:15 +08:00

120 lines
3.9 KiB
Python

import numpy as np
import os
from scipy.spatial 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。
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 = "202210423117"
name = "程悦"
def classify(input_vector, dataSet, labels, k=5):
"""
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,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。
"""
kdtree = KDTree(dataSet)
distances, indices = kdtree.query(input_vector, k=k)
k_nearest_labels = [labels[i] for i in indices]
unique_labels, counts = np.unique(k_nearest_labels, return_counts=True)
return unique_labels[np.argmax(counts)]
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。
Returns:
- np.array: 二值图像向量。
"""
with open(filename, 'r') as f:
lines = f.readlines()
return np.array([int(char) for line in lines for char in line.strip()])
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**。
Args:
- directory (str): 数据文件夹路径。
Returns:
- np.array: 特征数据。
- np.array: 标签数据。
"""
data = []
labels = []
for filename in os.listdir(directory):
if filename.endswith(".txt"):
label = int(filename[0])
vector = img_to_vector(os.path.join(directory, filename))
data.append(vector)
labels.append(label)
return np.array(data), np.array(labels)
def load_test_dataset(directory):
return load_dataset(directory)
def calculate_accuracy():
train_data, train_labels = load_dataset("trainingDigits")
test_data, test_labels = load_test_dataset("testDigits")
correct_count = 0
for i in range(len(test_data)):
predicted_label = classify(test_data[i].reshape(1, 1024), train_data, train_labels)
if predicted_label == test_labels[i]:
correct_count += 1
accuracy = correct_count / len(test_data)
print(f"分类精度: {accuracy}")
def test_different_k():
train_data, train_labels = load_dataset("trainingDigits")
test_data, test_labels = load_test_dataset("testDigits")
k_values = [1, 3, 5, 7, 9]
for k in k_values:
correct_count = 0
for i in range(len(test_data)):
predicted_label = classify(test_data[i].reshape(1, 1024), train_data, train_labels, k=k)
if predicted_label == test_labels[i]:
correct_count += 1
accuracy = correct_count / len(test_data)
print(f"k = {k}时的分类精度: {accuracy}")
if __name__ == "__main__":
# 测试不同k值的分类精度
test_different_k()
# 计算分类精度
calculate_accuracy()