K_近邻分类算法的研究及实现
基于K近邻的分类算法研究
基于K近邻的分类算法研究K近邻（K-Nearest Neighbors）算法是一种常见的分类算法，它基于样本的特征相似性进行分类。
该算法的基本思想是，对于一个新的样本点，根据其与已知样本的距离，找出距离最近的K个已知样本，然后通过对这K个样本的分类情况进行统计，来对新样本进行分类。
K近邻算法的主要优点是简单、易于理解和实现，同时具有较好的分类效果。
然而，K近邻算法也存在一些缺点，包括计算复杂度高、对离群点敏感等。
因此，在应用K近邻算法时需要注意调整参数，并在数据预处理中去除异常值。
K近邻算法的步骤如下：1.计算样本之间的相似度：通常使用欧几里得距离或曼哈顿距离来计算样本之间的相似度。
样本间距离越小，相似度越高。
2.选择K值：K值是指在计算距离最近的K个样本时所选择的集合大小。
选择一个合适的K值非常重要，不同的K值会对分类结果产生影响。
3.找出K个最近的样本：根据已有样本与新样本的距离计算结果，找出距离最近的K个样本点，可以使用排序算法（如快速排序）来实现。
4.统计K个样本中的类别：统计在K个最近的样本中各个类别出现的频率，选择出现次数最多的类别作为新样本的类别。
5.进行分类：将新样本分类到出现频率最高的类别中。
K近邻算法的性能受到两个主要因素的影响：距离度量和K值的选择。
合适的距离度量方式和K值的选择能够显著提高算法的分类准确性。
然而，在处理大规模数据时，K近邻算法的计算复杂度较高，因为它需要对每个测试样本计算其与所有训练样本之间的距离。
为了降低计算复杂度，可以采用一些优化方法，如KD树、Ball树等。
在实际应用中，K近邻算法被广泛应用于文本分类、图像识别、推荐系统等领域。
例如，在推荐系统中，可以根据用户的兴趣领域和已有用户的行为数据，找出与一些用户兴趣相似的K个邻居用户推荐相应的商品。
总之，K近邻算法是一种简单、易于理解和实现的分类算法，它通过寻找样本之间的相似性来进行分类。
然而，该算法也存在一些缺点，需要在实际应用中合理调整参数，并对数据进行预处理，以提高分类效果。
k-近邻算法梳理（从原理到示例）
k-近邻算法梳理（从原理到⽰例）https:///kun_csdn/article/details/88919091k-近邻算法是⼀个有监督的机器学习算法，k-近邻算法也被称为knn算法，可以解决分类问题。
也可以解决回归问题。
本⽂主要内容整理为如下：knn算法的原理、优缺点及参数k取值对算法性能的影响；使⽤knn算法处理分类问题的⽰例；使⽤knn算法解决回归问题的⽰例；使⽤knn算法进⾏糖尿病检测的⽰例；1 算法原理knn算法的核⼼思想是未标记样本的类别，由距离其最近的k个邻居投票来决定。
具体的，假设我们有⼀个已标记好的数据集。
此时有⼀个未标记的数据样本，我们的任务是预测出这个数据样本所属的类别。
knn的原理是，计算待标记样本和数据集中每个样本的距离，取距离最近的k个样本。
待标记的样本所属类别就由这k个距离最近的样本投票产⽣。
假设X_test为待标记的样本，X_train为已标记的数据集，算法原理的伪代码如下：遍历X_train中的所有样本，计算每个样本与X_test的距离，并把距离保存在Distance数组中。
对Distance数组进⾏排序，取距离最近的k个点，记为X_knn。
在X_knn中统计每个类别的个数，即class0在X_knn中有⼏个样本，class1在X_knn中有⼏个样本等。
待标记样本的类别，就是在X_knn中样本个数最多的那个类别。
1.1 算法优缺点优点：准确性⾼，对异常值和噪声有较⾼的容忍度。
缺点：计算量较⼤，对内存的需求也较⼤。
1.2 算法参数其算法参数是k，参数选择需要根据数据来决定。
k值越⼤，模型的偏差越⼤，对噪声数据越不敏感，当k值很⼤时，可能造成⽋拟合；k值越⼩，模型的⽅差就会越⼤，当k值太⼩，就会造成过拟合。
1.3 变种knn算法有⼀些变种，其中之⼀是可以增加邻居的权重。
默认情况下，在计算距离时，都是使⽤相同权重。
实际上，可以针对不同的邻居指定不同的距离权重，如距离越近权重越⾼。
K近邻分类算法范文
K近邻分类算法范文K近邻（K Nearest Neighbors，KNN）分类算法是一种基本的机器学习算法，用于解决分类问题。
它是一种非参数算法，可以用于处理离散和连续型特征的数据集。
本文将详细介绍KNN算法的原理、步骤和算法的优缺点。
一、KNN算法原理1.计算距离：对于新样本，需要与训练集中每个样本计算距离。
常用的距离度量方法有欧式距离、曼哈顿距离和闵可夫斯基距离等。
2.选择K个最近邻居：根据距离选择K个最近邻居。
K的选择是一个重要参数，通常通过交叉验证来确定。
4.输出分类结果：将新样本标记为投票结果的类别。
二、KNN算法步骤KNN算法的步骤如下：1.数据预处理：对训练集进行数据预处理，包括特征标准化、缺失值处理和离散特征转换等。
2.特征选择：通过统计分析、特征重要性评估等方法选择合适的特征。
3.计算距离：对于新样本，计算它与训练集中每个样本的距离。
4.选择最近邻：根据距离选择K个最近邻居。
6.进行预测：将新样本标记为投票结果的类别。
7.模型评估：使用评估指标（如准确率、召回率和F1分数等）评估模型性能。
三、KNN算法的优缺点KNN算法具有以下优点：1.简单易理解：KNN算法的原理直观简单，易于理解和实现。
2.无假设：KNN算法不需要对数据做任何假设，适用于多种类型的数据。
3.非参数模型：KNN算法是一种非参数学习算法，不对数据分布做任何假设，适用于复杂的数据集。
KNN算法也有以下缺点：1.计算复杂度高：KNN算法需要计算新样本与训练集中所有样本的距离，计算复杂度较高，尤其是在大数据集上。
2.内存开销大：KNN算法需要保存整个训练集，占用内存较大。
3.对数据特征缩放敏感：KNN算法对特征缩放敏感，如果特征尺度不同，可能会导致距离计算不准确。
四、总结KNN算法是一种简单而有效的分类算法，适用于多种类型的数据。
通过计算新样本与训练集中所有样本的距离，并选择最近的K个邻居进行投票决策，可以得到新样本的分类结果。
机器学习经典分类算法——k-近邻算法（附python实现代码及数据集）
机器学习经典分类算法——k-近邻算法（附python实现代码及数据集）⽬录⼯作原理存在⼀个样本数据集合，也称作训练样本集，并且样本集中每个数据都存在标签，即我们知道样本集中每⼀数据与所属分类的对应关系。
输⼊没有标签的新数据后，将新数据的每个特征与样本集中数据对应的特征进⾏⽐较，然后算法提取样本集中特征最相似数据（最近邻）的分类特征。
⼀般来说，我们只选择样本数据集中前k个最相似的数据，这就是k-近邻算法中k的出处，通常k是不⼤于20的整数。
最后选择k个最相似数据中出现次数最多的分类，作为新数据的分类。
举个例⼦，现在我们⽤k-近邻算法来分类⼀部电影，判断它属于爱情⽚还是动作⽚。
现在已知六部电影的打⽃镜头、接吻镜头以及电影评估类型，如下图所⽰。
现在我们有⼀部电影，它有18个打⽃镜头、90个接吻镜头，想知道这部电影属于什么类型。
根据k-近邻算法，我们可以这么算。
⾸先计算未知电影与样本集中其他电影的距离（先不管这个距离如何算，后⾯会提到）。
现在我们得到了样本集中所有电影与未知电影的距离。
按照距离递增排序，可以找到k个距离最近的电影。
现在假定k=3，则三个最靠近的电影依次是He's Not Really into Dudes、Beautiful Woman、California Man。
python实现⾸先编写⼀个⽤于创建数据集和标签的函数，要注意的是该函数在实际⽤途上没有多⼤意义，仅⽤于测试代码。
def createDataSet():group = array([[1.0,1.1],[1.0,1.0],[0,0],[0,0.1]])labels = ['A','A','B','B']return group, labels然后是函数classify0()，该函数的功能是使⽤k-近邻算法将每组数据划分到某个类中，其伪代码如下：对未知类别属性的数据集中的每个点依次执⾏以下操作：（1）计算已知类别数据集中的点与当前点之间的距离；（2）按照距离递增次序排序；（3）选取与当前点距离最⼩的k个点；（4）确定前k个点所在类别的出现频率；（5）返回前k个点出现频率最⾼的类别作为当前点的预测分类。
K-近邻算法
K-近邻算法目录一、K-近邻算法优缺点二、K.近邻算法工作原理及示例三、K-近邻算法的一般流程四、准备：使用Python导入数据通实施kNN分类算法六、示例L改进约会网站的配对结果七：示例2：手写识别系统K-近邻算法优缺点简单地说，K.近邻算法（又称KNN）采用测量不同特征值之间的距离方法进行分类。
其优缺点及适用数据范围如下：优点：精度高、对异常值不敏感、无数据输入假定。
缺点：计算复杂度高、空间复杂度高。
适用数据罐；数值型和标称型。
示例：手写识别系统3.测试算法：之前我们将数据处理成分类器可以识别的格式，现在我们将这些数据输入到分类器，检测分类器的执行效果。
def handwritingClassTest():hwLabels=[]trainingFileList=listdirCtrainingDigits*)#获取目录中的文件内容存储于列表中m=len(trainingFileList)trainingMat=zeros((m,1024))for i in range(m):fileNameStr二traininTFileList【ilfileStr二fileNameStr・split(?H01tftake off・txta trainingMat[i/]=i mg2vector('tra i n i ng Digits/%s,%fileNameStr)dassNumStr二int(fileStr・split(''HOI)#从文件名解析分类数字hwLabels.append(classNumStr)testFileList=listdir('testDigits')iterate through the test seterrorCount=0.0mTest=len(testFileList)for i in range(mTest):fileNameStr=testFileList[i]fileStr=fileNameStr.split('.')[O]#take off.txtclassNumStr=int(fileStr.split('_')vectorUnderTest=img2vector('testDigits/%s'%fileNameStr)classifierResult=classify Of^ectorUnderTest,trainingMat,hwLabels,3)print"the classifier came back with:%d,the real answer is:%d"%(classifierResult,classNumStr)if(classifierResult!=classNumStr):errorCount+=1.0print"\nthe total number of errors is:%d"%errorCountprint”\nthe total error rate is:%f"%(errorCount/float(mTest))示例：手写识别系统(2)上述代码所示的自包含函数handwritingClassTest。
k-近邻分类算法
k-近邻分类算法K近邻分类算法是一种基于实例的分类算法，它的主要思想是通过计算每个样本点与其周围的k个最近邻点的距离来确定该点的类别。
该算法主要应用于分类问题中，并且在实际应用过程中具有很好的可用性、易实现性和理解性。
算法原理算法首先通过确定k值来确定分类的邻域大小，以及根据k值的选择来确定分类的准确性和鲁棒性。
之后通过计算每个样本点与其邻域内k个最近邻点之间的距离来确定该样本点所属的分类。
具体流程如下：1.确定数据集中的k值和距离度量标准；2.对于每个待分类的样本点，计算与其邻域中k个最近邻点之间的距离；3.根据邻域中k个最近邻点的类别来确定该样本点所属的类别；4.重复步骤2和3，直到所有待分类的样本点均被分类完毕；5.给出分类结果。
距离度量标准在k-近邻分类算法中，距离度量标准是非常重要的，因为它决定了样本点之间距离的计算方式。
目前常见的距离度量标准有欧式距离、曼哈顿距离和切比雪夫距离。
欧式距离：$d=\sqrt{{\sum_{i=1}^{n}{(x_i-y_i)^2}}}$优缺点1.基于实例，不需要对数据进行任何假设和理论分析；2.算法的可预测性高，具有很好的分类性能；3.没有过拟合的现象，可以对复杂的数据集进行分类；4.整体而言，k-近邻分类算法非常容易理解和实现。
1.计算量比较大，对于大型数据集而言，算法的效率较低；2.对于高维数据集而言，容易出现维数灾难问题，即算法的效果会逐渐降低；3.容易受到异常值的影响，且在分类决策区域方面可能存在不连续的问题。
应用场景k-近邻分类算法广泛应用于模式识别、数据挖掘和生物信息学等领域，特别适合处理较小的数据集。
目前该算法已被应用于医疗诊断、电子商务、物联网等领域，既可以用于分类问题，也可以用于回归问题。
同时，对于分类问题而言，该算法并不适用于类别数比较多或类别间存在相互交叉的情况。
因此，在实际应用过程中，应根据具体情况来选择算法，以达到最佳的分类效果。
人工智能实验-k-近邻算法
k-近邻算法一、 实验题目1. kNN 代码实现-AB 分类采用测量不同特征值之间的距离方法进行分类，用所给的函数创建具有两个特征与一个标签类型的数据作 为训练集，编写 classify0 函数对所给的数据进行 AB 分类。
2. k-近邻算法改进约会网站的配对效果k-近邻算法改进约会网站的配对效果通过收集的一些约会网站的数据信息，对匹配对象的归类：不喜欢的人、魅力一般的人、极具魅力的人。
数据中包含了 3 种特征：每年获得的飞行常客里程数、玩视频游戏所耗时间百分比、每周消费的冰淇淋公升数二、 实验代码1. kNN 代码实现-AB 分类kNN from http.client import ImproperConnectionStatefrom numpy import ∗ from collections importCounter import operator def createDataSet():group = array([[1.0, 1.1], [1.0, 1.0], [0, 0], [0, 0.1]])labels = [’A ’, ’A ’, ’B’, ’B’] return group, labelsdef classify0(inX, group, labels, k = 3):res1 = (inX − group)∗∗2 dist =res1[:,0] + res1[:,1] dic = argsort(dist) dic = dic[0:k:1] newdic = [] for i in range (k): newdic.append(labels[dic[i]]) c = Counter(newdic).most_common(1) return c[0][0] tests import kNN group, lables = kNN.createDataSet() print (’分类结果’) print (’[0,0] %c’ %(kNN.classify0([0, 0], group, lables, k = 3))) print (’[0.8,0.7] %c’ %(kNN.classify0([0.8, 0.7], group, lables, k = 3)))2.k-近邻算法改进约会网站的配对效果1 2 3 4 5 67 8 910111213141516171819 1 2 3 4 5import pandas as pdimport kNNfrom sklearn.model_selection import train_test_splitdf = pd.read_table(’datingTestSet2.txt’,sep=’\s+’, names = [’A ’, ’B’, ’C’, ’Y’])# 对特征进行归一化处理df2 = df.iloc[:, :3] df2 =(df2−df2.mean())/df2.std() lable=df.iloc[:,3:4] df2.loc[:, ’Y’] =lable# 对数据集进行测试集和训练集划分，90%作为训练集，10%作为测试集X_train, X_test, Y_train, Y_test = train_test_split(df2.iloc[:, :3], df2.Y, train_size=.90)# 将DataFrame 格式转化为numpy 格式处理 group = X_train.values label =Y_train.values length =len (X_test) X_test.iloc[0:1,:]# res 以储存测试结果res = []# 设置错误正确数count 以计算正确率Tnum = 0 Fnum = 0 for iin range (length):inX = X_test.iloc[i:i+1 , :].values res.append(kNN.classify0(inX,group, label, k = 3)) if (kNN.classify0(inX, group, label, k = 3) ==Y_test.values[i]):Tnum += 1 else :Fnum += 1res1 = pd.DataFrame(data = res, columns=[’TestResult’])Y_test.reset_index(inplace=True,drop=True)res1.loc[:, ’OriginTest’] = Y_testprint (’前20个数据测试结果和原数据比较’) print (’−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−——−−−−’) print (res1.head(20))print (’−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−——−−−−’) print (’正确率%.2f%%’ %(100∗Tnum/(Tnum+Fnum))) 三、 实验结果及分析1. kNN 代码实现-AB 分类分类结果[0, 0] B[0.8, 0.7] A2. k-近邻算法改进约会网站的配对效果1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 28 29 3031 32 33 3435363738 1 2 3前20个数据测试结果和原数据比较−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−——−−−TestResult OriginTest0 2 2 1 3 3 2 1 3 3 2 2 4 2 2 5 3 3 6 3 3 7 2 2 8 1 1 9 1 1 10 1 1 11 3 3 12 2 2 13 2 2 14 1 1 15 2 2 16 1 1 17 2 2 18 1 1 19 3 3−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−——−−− 正确率97.00%从实验结果可以看出，通过 k-近邻算法改进后的约会网站的配对效果比较显著，多次随机划分测试集和训练集后发现正确率基本可以达到 90% 以上。
k近邻算法实现红酒数据集分类
K近邻算法实现红酒数据集分类一、引言随着数据科学和机器学习的发展，分类算法在许多领域都得到了广泛的应用。
其中，K近邻算法（KNN，K-Nearest Neighbors）是一种简单且有效的分类算法，它基于实例的学习，通过测量不同数据点之间的距离进行分类。
红酒数据集是一个常用的分类任务，用于测试各种分类算法的性能。
本文将探讨如何使用K近邻算法对红酒数据集进行分类。
二、方法论1.数据预处理：首先，我们需要对红酒数据集进行预处理，包括缺失值填充、异常值处理、特征缩放等步骤，以保证数据的质量和一致性。
2.KNN算法原理：KNN算法是一种基于实例的学习，它通过测量不同数据点之间的距离进行分类。
在KNN中，我们选择距离最近的K个邻居，并根据这些邻居的类别进行投票，多数投票决定该数据的类别。
3.实现流程：首先，我们需要将数据集分成训练集和测试集。
然后，使用训练集对KNN算法进行训练，并确定最佳的K值。
最后，使用测试集对算法进行测试，评估其分类性能。
4.性能评估：使用准确率、召回率、F1分数等指标对KNN算法在红酒数据集上的分类性能进行评估。
三、红酒数据集红酒数据集是一个常用的分类任务，它包含了178个样本，每个样本有13个特征（如醇类、苹果酸、柠檬酸等）和一个标签（表示葡萄酒的种类）。
目标是通过分析葡萄酒的特征，将其分为三个类别：红葡萄酒、白葡萄酒和其他类型的葡萄酒。
四、KNN算法KNN算法是一种基于实例的学习，它通过测量不同数据点之间的距离进行分类。
具体来说，对于一个新的样本，KNN算法会在训练集中找到与该样本距离最近的K个邻居，并根据这些邻居的类别进行投票，多数投票决定该样本的类别。
在KNN中，我们通常使用欧氏距离或曼哈顿距离来测量不同数据点之间的距离。
五、实现与结果分析1.数据预处理：首先，我们对红酒数据集进行预处理，处理缺失值和异常值，并进行特征缩放。
这一步的目的是保证数据的质量和一致性，以提高分类的性能。
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间复杂度为 O(nlogn)， 所以整个训练阶段的时间 复杂度为 O(mn+nlogn)， 进而得到一个结论： 分 类的效率主要取决于数据库的大小。
参考文献
[1]Hand.D 著.张银奎等译； 数据挖掘原理[M]. 北 2003,4. 京:机械工业出版社， [2]邵峰晶， 于忠清 . 数据挖掘原理与算法 [M]. 北 京:中国水利水电出版社， 2003. [3]韩家炜译.数据挖掘[J].概念与技术， 2000.
类算法的研究及实现
王建伟
摘
1
张 璞
2
（1、 华北水利水电学院信息工程学院， 河南 郑州 450046
2、 河南职业技术学院， 河南 郑州 450000 ）
要 ：k- 近邻 （KNN） 算法是一种基本的基于实例的学习分类算法， 被广泛用于数据挖掘中。它分为学习过程和训练过程两个阶段。在学习
责任编辑 ： 胡明月
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表1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
85 377% 77 83% 82 547% 73 585% 98 585% 1 90 094% 91 038% 89 623% 78 774% 86 745%
14 623% 22 17% 17 453% 26 415% 1 4151% 0 9 9057% 8 9623% 10 377% 21 226% 13 255%
一系列的相似的 阶段， 该算法除进行已知数据的简单存储之外不进行其它的操作， 而在学习阶段进行绝大多数的计算。每当遇到新的查询实例时， 实例就从存储器中取出， 并用来分类新的查询实例。 关键词 ：k- 近邻； KNN ； 分类； 数据挖掘 1 概述 分类问题是数据挖掘邻域研究的一个基 本的问题， 给定一批具有类标记的训练实例， 分 类器被构造并被用于预测待分类实例的类标 一个实例 X 用一个 m 维的属性向量 记。通常， <x1,x2, · · · ,xm> 来表示， 其中 xi 表示实例 X 的第 i 个属性值。令 C 表示实例的类标记，则实例 X 的类标记可表示为 C(x)。KNN 算法作为一种基 本的基于实例的分类算法，由于它的有效 、 简 单、高鲁棒性而被广泛的应用于数据挖掘领域 来解决分类问题。 2 KNN 算法 KNN 算法假定所有的实例对应于 m 维的 实例间的距离是根据标准 欧氏空间 Rm 中的点， 的欧氏距离来度量的，假设有欧氏空间中的两 个实例 a 和 b，则 a、 b 之间的欧氏距离可以表 示为如下： 。 若对实例 X 进行分类时， KNN 将距离实例 X 最近， 即： 欧氏 距离最小的 k 个实例的最普遍的类标记作为预 测值赋给实例 X， 用公式表示如下： ， 其中， y （ · · · k ） 为 X 的 k 个近 i i=1,2 C 为 c 所有取值的集合， δ 函数定义如下： 邻， δ (c,c(yi))=1 (c=c(yi)) 且 δ (c,c(yi))=0 (c ≠c(yi))。 由此可见 KNN 算法是一种典型的消极学习算 法， 在训练阶段仅仅简单存储所有的训练实例， 而所有的计算都延迟到训练阶段进行， 即： 对于 未分类的实例分类时，对每一个实例都构建一 个分类模型， 一次建模一次使用。 KNN 分类算法的实现主要可描述为如下： 2.1 训练阶段： 训练数据的存储， 主要包括 训练数据的离散化， 数据的读取， 数据的存储三 个方面。数据的离散化主要是针对数据的 m 维 属性， 对每个属性要进行单独的离散化， 并将离 散化后的数据写入一个表中，以为下一步的数 据读取做准备；数据的读取和存储主要是将表 中数据读入数组存储以便于程序执行处理。需 要说明的是为了确定分类的效果将离散后的数 据分成了十份， 用以进行十重交叉测试试验。 2.2 分类阶段：在这一阶段主要是将上一 阶段处理完毕的数据进行八重交叉测试试验， a.选取一数据作为待分类实例， 具体步骤如下： 计算此实例与其它实例的欧氏距离。b.比较各 个距离的大小， 选取最近邻的 K 个实例； c.查看 上步中 K 个实例的分类标记， 采用多数表决的 d. 应用十重交叉 方式确定待分类实例的类别； 测试试验方法， 重复以上各步骤。 3 结论与性能分析 K 取 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10 分 别 做 了 测 试， 发现 K=8 时， 效果最好。最近距离矩阵选择 （K=8 ） 结论如表 1： 欧氏距离。经过程序执行 另外， K 的取值不同， 分类效果明显不同。
当 K 增大时， 分类效果可能会相对较好， 但并 不完全是这样的。例如： 当 K=10 时， KNN 分类 86.6509%。 分类效果不如 K=8 的平均正确率为： 时的分类效果。 经过试验测试后可见， KNN 分类算法的主 要时间消耗在于：对于一个待分类的实例 （m 维 ） ， 都要计算它与数据库 （大小为 n ） 中所有数 据的距离， 同时还要对产生的距离进行排序， 其 中计算距离的时间复杂度为 O(mn)， 排序的时