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K-近邻算法——人工智能笔记6

已有 3552 次阅读 2017-1-12 15:27 |个人分类:人工智能|系统分类:科研笔记| 机器学习, 近邻算法

基本思想

通常的学习算法都是从训练样本中学到目标函数,然后把目标函数用到新样例中。K-近邻算法不同,它并没学到这样的普遍函数,只是把训练样例存起来,当来了新样例的时候,根据新样例和训练样例的关系,赋给新样例一个函数值。

它的基本思想是这样的:在和新样例最相似的k个训练样例中,最多样例属于哪个类别,新样例就属于哪个类别。

可通过下面这个图说明。图中的图形分两类,蓝色正方形和红色三角形,而那个绿色圆点的类别未知,它该属哪一类呢?如果采用3-近邻算法,绿色圆被划分到红色三角一类,因为距离它最近的三个图形中,有两个属于三角形,一个属于正方形,三角形更多。而5-近邻算法则把绿色圆归到蓝正方形一类,因为离它最近的五个图形中,蓝正方形有3个,红三角只有两个。


基本算法

    一个样例包含n个属性,它对应于n维空间Rn的点。目标函数值可以是离散值,也可以是连续值。

先考虑离散值,目标函数f为:RnV,其中V是有限集合{v1,v2,……,vs}。新新样例为xq,从训练样例中找出距离xq最近的k个点(点间距离可用欧式距离定义)。按K-近邻算法:


加权算法

距离不同的点赋予不同的权值,较近的点比较重要,权值大,远的点权值小。类似引力定律,权值与距离平方成反比:


维度灾难

样例间的距离是根据样例的所有属性计算的,但实际上可能有的属性与分类无关。举个例子,每个样例由20个属性描述,但这些属性中只有两个与分类有关。这两个属性值一致的样例在20维空间中可能距离会很远,用这样的距离进行分类会导致错误结果。这种情况称之为维度灾难。

解决维度灾难的一个方法是,采用近邻算法时先对每个属性乘一个加权因子,然后再对测试样例分类,根据分类误差反复调整加权因子,从而对属性的重要性得到一个合理的估算。

K-近邻算法的另一个不足是,计算主要发生在新样例进来的时候。它处理每个新样例都需要大量的计算,资源开销比较大。



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