generated from LufsX/Experiment-kNN
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4.4 KiB
Python
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Python
# function.py
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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 = "202210423112"
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name = "严锡好"
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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,默认值为3。
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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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# 检查k的值是否大于训练集样本数,如果是,则抛出异常
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if k > len(labels):
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raise ValueError("k 不能大于训练集样本数")
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# 计算输入向量与数据集中每个样本的欧几里得距离
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distances = np.linalg.norm(dataSet - input_vector, axis=1)
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# 获取距离最近的k个样本的索引
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sorted_indices = distances.argsort()
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# 获取这k个最近邻样本的标签
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nearest_labels = np.array(labels)[sorted_indices[:k]]
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# 统计这k个样本中出现次数最多的标签,并返回该标签作为预测结果
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predicted_label = np.bincount(nearest_labels).argmax()
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return predicted_label
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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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data = []
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labels = []
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# 遍历文件夹中的所有文件
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for filename in os.listdir(directory):
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if filename.endswith(".txt"):
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# 提取文件名中的标签信息
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label = int(filename.split('_')[0])
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labels.append(label)
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# 将图像文件转换为向量
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vector = img_to_vector(os.path.join(directory, filename))
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data.append(vector)
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return np.array(data), np.array(labels)
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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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with open(filename, 'r') as f:
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lines = f.readlines()
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# 将32x32的字符矩阵转换为长度为1024的一维数组
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vector = np.array([int(char) for line in lines for char in line.strip()])
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return vector
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if __name__ == "__main__":
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# 加载训练集和测试集
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train_data, train_labels = load_dataset("D:\projects\机器学习_projects\实验\trainingDigits")
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test_data, test_labels = load_dataset("D:\projects\机器学习_projects\实验\testDigits")
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# 记录预测的正确数量
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correct_count = 0
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# 遍历测试集,逐个样本进行分类
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for i in range(len(test_data)):
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predicted_label = classify(test_data[i], train_data, train_labels)
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print(f"测试样本 {i+1} 的真实标签: {test_labels[i]},预测标签: {predicted_label}")
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# 如果预测正确,则正确数量加一
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if predicted_label == test_labels[i]:
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correct_count += 1
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# 打印准确率
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accuracy = correct_count / len(test_data) * 100
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print(f"测试集的准确率: {accuracy:.2f}%") |