KNN (K-Nearest Neighbors) 算法是一種常用的分類與回歸方法。它的基本思想是對于給定的一個(gè)樣本,在訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中尋找與它最近的K個(gè)鄰居,通過這K個(gè)鄰居的信息來預(yù)測這個(gè)樣本的類別或數(shù)值。
KNN算法可以用于分類(比如手寫識(shí)別)和回歸(比如預(yù)測房價(jià))問題。它的基本流程如下:
- 準(zhǔn)備訓(xùn)練數(shù)據(jù):需要準(zhǔn)備一組有標(biāo)簽的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)將用于訓(xùn)練KNN模型。
- 計(jì)算樣本與訓(xùn)練數(shù)據(jù)的距離:需要選擇一個(gè)合適的距離公式來衡量樣本與訓(xùn)練數(shù)據(jù)的相似度。
- 選擇K個(gè)最近鄰居:選擇與該樣本距離最近的K個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
- 對這K個(gè)鄰居進(jìn)行分類:如果該樣本是分類問題,則對這K個(gè)鄰居進(jìn)行投票,票數(shù)最多的類別即為該樣本的預(yù)測類別。如果該樣本是回歸問題,則對這K個(gè)鄰居的值進(jìn)行簡單統(tǒng)計(jì),例如取平均值作為該樣本的預(yù)測值。
K的選擇對KNN算法的結(jié)果有很大影響。通常情況下,K應(yīng)該取一個(gè)較小的值,例如3~5。如果K值較小,則模型具有較強(qiáng)的魯棒性;如果K值較大,則模型具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性,但容易受到噪聲的影響。
KNN算法的優(yōu)勢:
- 簡單易理解:KNN算法極其簡單,可以使用不同的距離公式,它實(shí)際上是對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行了一個(gè)“數(shù)據(jù)壓縮”,每個(gè)樣本用其最近的鄰居代替。
- 容易實(shí)現(xiàn):KNN算法沒有什么參數(shù)需要調(diào)整,只需要設(shè)置K的值。
- 精度高:KNN算法具有很高的精度,在很多問題上可以達(dá)到最優(yōu)解。
KNN算法的弱點(diǎn):
- 容易受到噪聲的影響:KNN算法容易受到異常值的影響,因?yàn)樗念A(yù)測結(jié)果只取決于K個(gè)鄰居。
- 計(jì)算復(fù)雜度高:KNN算法的計(jì)算復(fù)雜度隨著樣本數(shù)量的增加而增加,因此在大數(shù)據(jù)集上的性能很差。
KNN算法的開源庫有很多,包括scikit-learn(Python),Weka(Java)等。在各編程語言中,KNN算法的代碼示例也很多,下面是一個(gè)簡單的Python代碼:
import numpy as np
from sklearn import datasets
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
# 加載數(shù)據(jù)集
iris = datasets.load_iris()
X = iris.data
y = iris.target
# 實(shí)例化KNN分類器
knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=5)
# 訓(xùn)練模型
knn.fit(X, y)
# 預(yù)測樣本的類別
pred = knn.predict([[3, 5, 4, 2]])
print(pred)
這是一個(gè)使用scikit-learn庫實(shí)現(xiàn)KNN算法的代碼示例。它加載了Iris數(shù)據(jù)集,并使用KNN分類器對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,最后對一個(gè)樣本進(jìn)行預(yù)測。
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