K-近邻

首先K-近邻是个分类问题，属于所谓的有监督学习

1、工作原理：

计算一个点A与样本空间所有点之间的距离，取出与该点最近的K个点，然后统计出K个点里面所属分类比例最大的分类，则该点A就属于这个所占比例最大的分类

2、算法步骤：

• 计算距离：给定测试对象，计算它与训练集中的每个对象的距离
• 找最近的K个邻居：圈定距离最近的K个训练对象，作为测试对象的近邻
• 根据这K个邻居确定分类：根据K个近邻归属的主要类别，来测试对象分类

3、计算距离的方式（相似性度量）：

• 欧式距离：
• 曼哈顿距：

4、类别的判定方法：

• 投票法：
• 加权投票法：

 5、优缺点：

• 优点：给新对象分类的时候，不需要基于训练数据建立模型；算法简单易懂；
• 缺点：因为要算测试点到每个样本点的距离，所以计算量大；样本容量小还容易产生误会

6、接下来就是手动实现这个算法过程：

下面我写了两份代码，基本大差不差，就是个别地方有更改，先放几张第二份代码的运行截图看看效果：

                            

                               

第一份代码

import csv
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


def createDataSet():
    dataset = []
    for line in open("data.csv"):
        x, y, label = line.split(",")
        dataset.append([int(x), int(y), int(label)])
    return dataset


# 计算各点到预测点的距离
def calcDis(dataSet, socuse, k):
    calcList = []
    for i in range(len(dataSet)):
        calcList.append(
            (((socuse[0] - dataSet[i][0]) ** 2 + (socuse[1] - dataSet[i][1]) ** 2) ** 0.5))
    # print("各点与质心的距离：",calcList)
    calcList = np.array(calcList)
    dis_sort_index = np.argsort(calcList)  # 排序并且得到的是下标
    dis_sort_index_near = dis_sort_index[0:k]  # 取得前k个下标
    for i in dis_sort_index_near:   # 查看前k个到底是哪一类
        print(dataSet[i])
    # print(dis_sort_index_near)
    # labels = []
    counts = [0, 0, 0]  # 统计前k名中三个标签出现的次数
    for i in range(k):
        # labels.append(dataSet[dis_sort_index_near[i]])
        # print(dataSet[dis_sort_index_near[i]][2])
        counts[dataSet[dis_sort_index_near[i]][2]] += 1
    print(counts)
    max_label = 0
    max_value = 0
    for i in range(3):
        if counts[i] > max_value:
            max_value = counts[i]
            max_label = i

    return max_label


if __name__ == '__main__':
    dataSet = createDataSet()
    for data in dataSet:
        plt.scatter(data[0], data[1], marker='o', color='green', s=40, label='原始点')
    a = [14, 17]
    plt.scatter(a[0], a[1], marker='o', color='red', s=40, label='预测点')
    plt.show()
    b = calcDis(dataSet, a, 5)
    print(a, "被预测为的类别是:", b)

 第二份代码

import csv
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


# 每个数据包括三列，[x,y,label] .x,y分别为两个属性，label为该数据的类别
def createDataSet():
    dataset = []
    for line in open("data.csv"):
        x, y, label = line.split(",")
        dataset.append([int(x), int(y), int(label)])
    return dataset


# 计算各点到预测点的距离
def calcDis(dataSet, socuse, k):
    calcList = []
    dataSet = np.array(dataSet)
    dataSize = dataSet.shape[0]
    dataSet1 = np.delete(dataSet, 2, axis=1)
    """
       将socuse在横向重复dataSetSize次，纵向重复1次
       例如socuse=([1,2])--->([[1,2],[1,2],[1,2],[1,2]])便于后面计算距离
    """
    diff = np.tile(socuse, (dataSize, 1)) - dataSet1
    """
       计算距离:欧式距离, 特征相减后乘方,然后再开方
    """
    sqdifMax = diff ** 2
    seqDistances = sqdifMax.sum(axis=1)
    calcList = seqDistances ** 0.5
    # print(calcList)

    # for i in range(len(dataSet)):
    #     calcList.append(
    #         (((socuse[0] - dataSet[i][0]) ** 2 + (socuse[1] - dataSet[i][1]) ** 2) ** 0.5))
    # # print("各点与质心的距离：",calcList)
    # calcList = np.array(calcList)
    dis_sort_index = np.argsort(calcList)  # 排序并且得到的是排序后的下标
    # dis_sort_index_near = dis_sort_index[0:k]  # 取得前k个下标
    for i in range(k):  # 查看前k个到底是哪一类
        print(dataSet[dis_sort_index[i]])
    # print(dis_sort_index_near)
    # labels = []
    counts = [0, 0, 0]  # 记录前k个数据中各标签出现的个数
    for i in range(k):
        # labels.append(dataSet[dis_sort_index_near[i]])
        # print(dataSet[dis_sort_index_near[i]][2])
        # counts[dataSet[dis_sort_index_near[i]][2]] += 1
        counts[dataSet[dis_sort_index[i]][2]] += 1
    max_label = 0
    # max_value = 0
    # for i in range(5):
    #     if counts[i] > max_value:
    #         max_value = counts[i]
    #         max_label = i
    # print(counts)
    counts_sort = np.argsort(counts)
    # print(counts_sort)
    max_label = counts_sort[2]
    return max_label, dis_sort_index[0:k]


if __name__ == '__main__':
    dataSet = createDataSet()
    for data in dataSet:
        plt.scatter(data[0], data[1], marker='o', color='green', s=40, label='原始点')
    a = [45, 17]
    plt.scatter(a[0], a[1], marker='o', color='red', s=40, label='预测点')
    k = 5
    b, near_point = calcDis(dataSet, a, k)
    print(a, "被预测为的类别是:", b)
    '''
    增加预测点与最近点的连线
    '''
    x = []
    y = []
    for i in range(k):
        x.append(a[0])
        y.append(a[1])
        x.append(dataSet[near_point[i]][0])
        y.append(dataSet[near_point[i]][1])
        plt.plot(x, y, color='r', linewidth=0.5)
        # print(a, dataSet[near_point[i]][:2])
    plt.show()

上面的代码和data.csv都已经上传GitHub： GitHub入口