最“懶惰”的kNN分類算法

1. K-近鄰算法####

k-近鄰算法(k Nearest Neighbor),是最基本的分類算法,其基本思想是采用測量不同特征值之間的距離方法進行分類。

2. 算法原理####

存在一個樣本數據集合(訓練集),并且樣本集中每個數據都存在標簽(即每一數據與所屬分類的關系已知)。輸入沒有標簽的新數據后,將新數據的每個特征與樣本集中數據對應的特征進行比較(計算距離),然后提取樣本集中特征最相似數據(最近鄰)的分類標簽。一般會取前k個最相似的數據,然后取k個最相似數據中出現次數最多的標簽(分類)最后新數據的分類。
因此,這是一個很“懶惰”的算法,所謂的訓練數據并沒有形成一個“模型”,而是一個新的數據需要分類了,去和所有訓練數據逐一比較,最終給出分類。這個特征導致在數據量較大時,性能很差勁。

3. 算法過程####

對未知類別屬性的數據集中的每個點依次執行以下操作:
1)計算已知類別數據集中的點與當前點之間的距離(歐式距離、曼哈頓距離或者余弦夾角等各種距離算法,具體情況具體分析用哪種);
2)按照距離遞增次序排序;
3)選取與當前點距離最小的k個點;
4)確定前k個點所在類別的出現頻率;
5)返回前k個點出現頻率最高的類別作為當前點的預測分類。

歐氏距離計算:

  1. 二維平面上兩點A(x1,y1)與B(x2,y2)間的歐氏距離:
      
  2. 三維空間兩點A(x1,y1,z1)與B(x2,y2,z2)間的歐氏距離:
      
  3. n維空間兩點的歐式距離以此類推

4. 計算案例####

我還是瞎編一個案例,下表有11個同學的小學成績和12年后讀的大學的情況,現在已知“衛”同學的小學成績了,可以根據kNN來預測未來讀啥大學。



逐一計算各位同學與衛同學的距離,然后我們選定3位(即這里的k=3)最為接近的同學,推測衛同學最終的大學


3位同學中2個清華,1個北郵,所以衛同學很有可能在12年后上清華。

5. 算法要點####

1) K的選擇,一般不超過訓練集數量的平方根
2)距離更近的近鄰也許更應該決定最終的分類,所以可以對于K個近鄰根據距離的大小設置權重,結果會更有說服力
3)如果采用歐氏距離計算,不同變量間的值域差距較大時,需要進行標準化,否則值域較大的變量將成為最終分類的唯一決定因素

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