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基于留一法的快速KNN代码

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  • TA的每日心情

    2019-11-19 15:32
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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2021-7-12 14:14 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    x
    留一法交叉验证(LOOCV)+ c+ f3 ^8 ~6 B$ Y; b
    留一法即Leave-One-Out Cross Validation。这种方法比较简单易懂,就是把一个大的数据集分为k个小数据集,其中k-1个作为训练集,剩下的一个作为测试集,然后选择下一个作为测试集,剩下的k-1个作为训练集,以此类推。其主要目的是为了防止过拟合,评估模型的泛化能力。计算时间较长。
    + U/ o+ l+ M& v( _: G3 _+ T2 z& g5 G8 w
    适用场景:
    + b2 r0 c9 _& _2 a* j
    % ?4 C3 q/ T- f; x/ E5 Y  _数据集少,如果像正常一样划分训练集和验证集进行训练,那么可以用于训练的数据本来就少,还被划分出去一部分,这样可以用来训练的数据就更少了。loocv可以充分的利用数据。9 i2 x% X) H" i* n( y

    ! m" L9 Z/ U& x4 J) l1 {) Q% G. T- ^- X4 c
    快速留一法KNN
    % w0 d# O* [/ H* E0 @5 ~
    5 ^0 I% u5 \( w# B因为LOOCV需要划分N次,产生N批数据,所以在一轮训练中,要训练出N个模型,这样训练时间就大大增加。为了解决这样的问题,根据留一法的特性,我们可以提前计算出不同样本之间的距离(或者距离的中间值),存储起来。使用LOOCV时直接从索引中取出即可。下面的代码以特征选择为Demo,验证快速KNN留一法。
    $ u& @$ N% M" T% D# Z- L$ M/ {( B( k" c; ?& b" C
    其中FSKNN1是普通KNN,FSKNN2是快速KNN
    . j) f$ E' f9 l: B, W. `6 J
    3 a# q! b# ?! n% d主函数main.m! T8 \4 U* A7 {/ o
    9 T) N* E0 H3 M6 l# V
    • clc
    • [train_F,train_L,test_F,test_L] = divide_dlbcl();
    • dim = size(train_F,2);
    • individual = rand(1,dim);
    • global choice
    • choice = 0.5;
    • global knnIndex
    • [knnIndex] = preKNN(individual,train_F);
    • for i = 1:100
    •     [error,fs] = FSKNN1(individual,train_F,train_L);
    •     [error2,fs2] = FSKNN2(individual,train_F,train_L);
    • end
      . H1 [4 F8 ~7 z) ]
    3 a$ p9 E% K5 O8 m, g/ G" x
    ! J/ _/ m! V3 i7 b1 g
    数据集划分divide_dlbcl.m
      ]+ [7 P: x: F) `. L
    0 N' [5 b( n7 o, Z. g% o
    • function [train_F,train_L,test_F,test_L] = divide_dlbcl()
    • load DLBCL.mat;
    • dataMat=ins;
    • len=size(dataMat,1);
    • %归一化
    • maxV = max(dataMat);
    • minV = min(dataMat);
    • range = maxV-minV;
    • newdataMat = (dataMat-repmat(minV,[len,1]))./(repmat(range,[len,1]));
    • Indices   =  crossvalind('Kfold', length(lab), 10);
    • site = find(Indices==1|Indices==2|Indices==3);
    • test_F = newdataMat(site,:);
    • test_L = lab(site);
    • site2 = find(Indices~=1&Indices~=2&Indices~=3);
    • train_F = newdataMat(site2,:);
    • train_L =lab(site2);
    • end/ F: [9 Y8 o! M0 T8 V0 W6 L
    ! ?7 U0 O" C' R/ L0 ?- @; O0 J6 m
    $ h: @! B+ W) S4 X8 d1 E2 P
    简单KNN& ], h5 w+ w! s! @
    - y  Z# n) q2 ]2 c
    FSKNN1.m, e% v+ Y5 E, F' q$ o
    1 b5 p7 P1 V: @: R
    • function [error,fs] = FSKNN1(x,train_F,train_L)
    • global choice
    • inmodel = x>choice;%%%%%设定恰当的阈值选择特征
    • k=1;
    • train_f=train_F(:,inmodel);
    • train_length = size(train_F,1);
    • flag = logical(ones(train_length,1));
    • error=0;
    • for j=1:train_length
    •     flag(j) = 0;
    •     CtrainF = train_f(flag,:);
    •     CtrainL = train_L(flag);
    •     CtestF = train_f(~flag,:);
    •     CtestL = train_L(~flag);
    •     classifyresult= KNN1(CtestF,CtrainF,CtrainL,k);
    •     if (CtestL~=classifyresult)
    •         error=error+1;
    •     end
    •     flag(j) = 1;
    • end
    •   error=error/train_length;
    •   fs = sum(inmodel);
    • end7 _0 @7 P1 y+ X1 c9 M  f" Y

    , o! j4 L  F% e# g: h* M5 n+ f* A/ [7 |
    KNN1.m* `- ]; G3 L6 U2 O1 P
    5 V% V5 T  v+ V5 ~
    • function relustLabel = KNN1(inx,data,labels,k)
    • %%
    • %   inx 为 输入测试数据,data为样本数据,labels为样本标签 k值自定1~3
    • %%
    • [datarow , datacol] = size(data);
    • diffMat = repmat(inx,[datarow,1]) - data ;
    • distanceMat = sqrt(sum(diffMat.^2,2));
    • [B , IX] = sort(distanceMat,'ascend');
    • len = min(k,length(B));
    • relustLabel = mode(labels(IX(1:len)));
    • end
      $ N7 b$ v0 y# x2 ^
    ( L. n3 ^1 g2 L' d* s

    # |+ o7 d4 z7 L# j3 [快速KNN: C9 z& I- [5 a" G' A* K% x+ p
    9 |! L6 p6 e1 Q. e; O0 }" R. Z
    preKNN.m& {, \9 k7 R5 i* W  C

    5 J7 N  n' L; `7 e) J" h
    • function [knnIndex] = preKNN(x,train_F)
    •     inmodel = x > 0;
    •     train_f=train_F(:,inmodel);
    •     train_length = size(train_F,1);
    •     flag = logical(ones(train_length,1));
    •     knnIndex = cell(train_length,1);
    •     for j=1:train_length
    •         flag(j) = 0;
    •         CtrainF = train_f(flag,:);
    •         CtestF = train_f(~flag,:);
    •         [datarow , ~] = size(CtrainF);
    •         diffMat = repmat(CtestF,[datarow,1]) - CtrainF ;
    •         diffMat = diffMat.^2;
    •         knnIndex{j,1} = diffMat;
    •         flag(j) = 1;
    •     end
    • end+ ]) X* k- @7 ?8 E+ |. A
    " h$ X$ t' j* V& r0 A
    4 {/ _0 m/ @1 {$ a
    FSKNN2.m  P5 C& s$ X6 U
    $ j: P/ X$ J& q5 R: N4 P! O3 g
    • function [error,fs] = FSKNN2(x,train_F,train_L)
    • global choice
    • inmodel = x>choice;%%%%%设定恰当的阈值选择特征
    • global knnIndex
    • k=1;
    • train_length = size(train_F,1);
    • flag = logical(ones(train_length,1));
    • error=0;
    • for j=1:train_length
    •     flag(j) = 0;
    •     CtrainL = train_L(flag);
    •     CtestL = train_L(~flag);
    •     classifyresult= KNN2(CtrainL,k,knnIndex{j}(:,inmodel));
    •     if(CtestL~=classifyresult)
    •         error=error+1;
    •     end
    •     flag(j) = 1;
    • end
    •   error=error/train_length;
    •   fs = sum(inmodel);
    • end
      - B& R' C- I  Q% J0 `3 f; w( [
    3 N, t! q/ S) P# ?& J8 W
    $ R+ @" i7 b9 d4 @
    KNN2.m2 R: R- u$ n  N' r1 m3 K( X
    . C( d/ ?+ L! J# u8 a2 a
    • function relustLabel = KNN2(labels,k,diffMat)
    • distanceMat = sqrt(sum(diffMat,2));
    • [B , IX] = sort(distanceMat,'ascend');
    • len = min(k,length(B));
    • relustLabel = mode(labels(IX(1:len)));
    • end
      - M( `5 v. h7 Z: u' A
    / p+ {; v7 @& Z4 z( B( q1 S' R
    $ I' i) ]" F8 V" q# i1 V0 n0 y
    结果
    ! k; R+ z# i3 L7 T$ l5 t) e
    4 o, R* `6 z) H0 r9 Z
    * }+ t/ j9 t3 R, _9 b, a0 X' D2 y5 f; ]1 k1 [/ B
    可以看到FSKNN2+preKNN的时间比FSKNN1要少很多。7 M/ T' g8 g+ l# L7 K" p+ P

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