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Experiment-knn/function.py
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Gitea Actions Experiment Test / Experiment-Actions (push) Successful in 16s
更新 function.py
2024-10-22 19:50:10 +08:00

169 lines
5.6 KiB
Python

# function.py
import numpy as np
import os
from collections import Counter
"""
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 = "202210423209"
name = "万子玉"
"""
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 mahalanobis_distance(x, mean, inv_covmat):
delta = x - mean
m_dist = np.sqrt(np.dot(np.dot(delta, inv_covmat), delta.T))
return m_dist
def classify(input_vector, dataSet, labels, k=2):
"""
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。
"""
mean = np.mean(dataSet, axis=0)
covmat = np.cov(dataSet, rowvar=0)
inv_covmat = np.linalg.inv(covmat)
dists = [mahalanobis_distance(input_vector, mean, inv_covmat)]
for data in dataSet:
dists.append(mahalanobis_distance(data, mean, inv_covmat))
k_indices = np.argsort(dists)[:k]
k_nearest_labels = [labels[i] for i in k_indices]
if not k_nearest_labels:
raise ValueError("No neighbors found; possible causes: k is too small or all distances are the same.")
most_common = Counter(k_nearest_labels).most_common(1)
if most_common:
return most_common[0][0]
else:
return None
# 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**。
Args:
- directory (str): 数据文件夹路径。
Returns:
- np.array: 特征数据。
- np.array: 标签数据。
"""
data_list = []
label_list = []
for root, dirs, files in os.walk(directory):
for file in files:
file_path = os.path.join(root, file)
vector = img_to_vector(file_path)
data_list.append(vector)
label_list.append(int(file.split('_')[0]))
return np.array(data_list), np.array(label_list)
# 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。
Returns:
- np.array: 二值图像向量。
"""
with open(filename, 'r') as f:
lines = f.readlines()
vector = np.array([int(char) for line in lines for char in line.strip() if char.isdigit()])
return vector.reshape(1, -1)
if __name__ == "__main__":
# 以下代码可用于测试,可自行随意修改
train_data, train_labels = load_dataset("trainingDigits")
test_data = (
"00000000000000110000000000000000"
"00000000000011111000000000000000"
"00000000000011111100000000000000"
"00000000001111111110000000000000"
"00000000001111111110000000000000"
"00000000001111111100000000000000"
"00000000011111111000000000000000"
"00000000111111111000000000000000"
"00000000111111110000000000000000"
"00000000111111110000000000000000"
"00000000111111110000000000000000"
"00000000111111110000000000000000"
"00000000111111100000000000000000"
"00000001111111100000000000000000"
"00000001111111100000000000000000"
"00000001111111100000000000000000"
"00000001111111111111000000000000"
"00000001111111111111111000000000"
"00000001111111111111111100000000"
"00000011111111111111111110000000"
"00000011111111111111111110000000"
"00000001111111111111111110000000"
"00000001111111111111111110000000"
"00000000111111111100111111100000"
"00000000111111111000111111100000"
"00000000011111111001111111100000"
"00000000011111111111111111000000"
"00000000001111111111111111000000"
"00000000000111111111111111000000"
"00000000000011111111111100000000"
"00000000000001111111110000000000"
"00000000000000000111100000000000"
)
predicted_label = classify(
np.array([int(char) for char in test_data]).reshape(1, 1024),
train_data,
train_labels,
)
print(f"预测的标签: {predicted_label}")