基于留一法的快速KNN代码

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留一法交叉验证（LOOCV）
, L6 _% }8 R: k( ]% U+ o3 K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。
! v' n6 ^% ^0 u9 e. ]
适用场景：

/ T$ O9 ^: Q- G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。
) Y: y' @2 {, H+ C1 U& H

快速留一法KNN

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。

其中FSKNN1是普通KNN，FSKNN2是快速KNN

0 Z: j% M" L* t' q0 h* a主函数main.m
8 b9 V1 o+ x/ p. ]3 `/ j: W! _) o

• 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
  

7 v" X: T1 X# l1 K' D$ N0 j
数据集划分divide_dlbcl.m
# y* w- @; q5 ^

• 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
  

  t5 x) [) t; \+ x5 G, j
简单KNN
8 ?) K1 u5 k& I
FSKNN1.m

• 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);
• end
  

( l  g+ I5 G* D
KNN1.m

+ _' U0 a# l" N3 P

• 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
  

; k4 s; ~, D  w  y
) f; [( u" s+ }5 _  E7 V' r; v5 I快速KNN

7 L. v5 O' {- r/ }% K9 gpreKNN.m

( [$ t2 F+ Z% m/ ~7 [* M5 r

• 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
  1 `: p  d  Y2 ~; v) K- [7 Q4 ?

2 Q+ T) K% x8 S3 c/ dFSKNN2.m
! g5 w; [- _- D- m$ D) ~, \
  H1 w& A5 z* U- u) a5 [5 Q- [

• 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
  9 @1 I9 m. ]% C( t3 x% B

KNN2.m
/ {, @# @' Q3 Y# T# D, \% a: h2 s7 B

• 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
  / n4 a: [, Q* z& B3 }7 `  O

' M, W3 w- D& B3 H
7 z8 l& u. f) w  ]8 f结果

% ^( _0 t& b! l- Q

可以看到FSKNN2+preKNN的时间比FSKNN1要少很多。

ExxNEN

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smileqq

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SsaaM7

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