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Experiment-kNN/function.py
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zhangchenghong e9fa3b9282
Gitea Actions Experiment Test / Experiment-Actions (push) Successful in 12s
更新 function.py
2024-10-15 10:30:53 +08:00

166 lines
5.4 KiB
Python

# function.py
import numpy as np
import os
"""
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 = "202210423215"
name = "章程鸿·"
"""
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
import numpy as np
import os
from collections import Counter
from scipy.spatial import distance
# 这里写自己的代码实现
def classify(input_vector, dataSet, labels, k=3): # 默认 k 值设为 3
"""
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 3。
Returns:
- int: 预测的分类标签。
"""
# 计算输入样本与训练样本之间的欧氏距离
distances = distance.cdist(dataSet, input_vector, 'euclidean').flatten()
# 获取距离最近的 k 个训练样本的索引
k_indices = np.argsort(distances)[:k]
# 获取这些样本的标签
k_nearest_labels = [labels[i] for i in k_indices]
# 返回出现最多的标签
most_common = Counter(k_nearest_labels).most_common(1)
return most_common[0][0]
# 这里也写自己的代码实现
def load_dataset(directory):
"""
从文件夹中加载数据,并转换为特征向量和标签。
Args:
- directory (str): 数据文件夹路径。
Returns:
- np.array: 特征数据。
- np.array: 标签数据。
"""
hw_labels = []
training_files = os.listdir(directory)
m = len(training_files)
# 初始化特征数据矩阵
training_data = np.zeros((m, 1024))
for i in range(m):
file_name_str = training_files[i]
file_str = file_name_str.split('.')[0] # 去掉文件扩展名
class_num_str = int(file_str.split('_')[0]) # 提取标签
hw_labels.append(class_num_str)
# 调用 img_to_vector 函数将图像转换为向量
training_data[i, :] = img_to_vector(os.path.join(directory, file_name_str))
return training_data, np.array(hw_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。
Args:
- filename (str): 图像文件路径。
Returns:
- np.array: 二值图像向量。
"""
# 打开文件并读取图像数据
with open(filename, 'r') as f:
return np.array([[int(char) for char in line] for line in f.readlines()]).flatten()
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}")