KNN算法实现数字识别

Posted 2021-03-12 codancer

KNN算法介绍

KNN算法(K-NearestNeighor Algorithm) 是一种最简单的分类算法。

算法核心：

假设在一个二维坐标平面中已经有了(n)个点，每个点的颜色已知，现在给定查询点(p)的坐标((x,y))，判断(p)的颜色。

对于已知的(n)个点，计算每个点和点(p)的欧几里得距离：

[dis_i=sqrt{(x_i-x)^2+(y_i-y)^2}]

按照(dis)从小到大排序，选择距离最近的前(k)个点，在这前k个点中统计颜色出现次数最多的点，则点(p)的颜色就被划分为该点的颜色。

数字识别的实现

已有的数据集(TraingData)：

若干份txt文件，每份txt文件都是32*32的01矩阵，代表对应的数字，下图中的矩阵就是数字0：

若干份txt文件，是测试数据集，用于校验算法的正确率。

算法流程：

1. 将32x32的矩阵转换成1x1024的向量
2. 计算输入的数据向量和所有的训练集向量的欧几里得距离。
3. 按照欧几里得距离排序，选前K近的，选择出现次数最多的作为数字。
4. 计算正确率

代码：

import numpy as np
import os
import operator
#返回inputdata所属的种类
def KNN(inputdata,TrainingSet,lable,k):
    m=TrainingSet.shape[0] #训练集大小
    difmaze=np.tile(inputdata,(m,1))-TrainingSet #距离矩阵，第i行代表inputdata与第i个训练样例的距离
    sqdifmaze=difmaze ** 2## 距离的平方
    sqsum=sqdifmaze.sum(axis=1) ## 计算每一行的和
    distance=sqsum ** 0.5 ## 欧几里得距离
    sorteddistanceID=distance.argsort() ## 欧几里得距离从小到大排序后的下标
    classcount={} ## 计数器
    for i in range(k): ## 前k近的lable
        nowlable=lable[sorteddistanceID[i]] ##对每个label计数 
        classcount[nowlable]=classcount.get(nowlable,0)+1
    sortedClasscount=sorted(classcount.items(),key=operator.itemgetter(1),reverse=True)
    return sortedClasscount[0][0] ## 返回出现次数最多的
# 对每个32*32的数字向量化为1*1024的向量
def Vectorfy(filename):
    vec=[]
    fr=open(filename)
    for i in range(32):
        lineStr=fr.readline()
        for j in range(32):
            vec.append(int(lineStr[j]))
    return vec;
def Getlable(filename):
    return filename[0]
# 获取训练集 
def TrainingSet():
    Label=[]
    traininglst=os.listdir('trainingDigits')
    m=len(traininglst)
    trainingmat=np.zeros((m,1024))# 训练矩阵
    for i in range(m):
        filenamestr=traininglst[i]
        Label.append(Getlable(filenamestr))
        trainingmat[i,:]=Vectorfy('trainingDigits/%s' %filenamestr)
    return Label,trainingmat
def Test():#测试测试集
    testlst=os.listdir('testDigits')
    n=len(testlst)
    Lable=[]
    testmat=np.zeros((n,1024))
    for i in range(0,n):
        filenamestr=testlst[i]
        Lable.append(Getlable(filenamestr))
        testmat[i,:]=Vectorfy('testDigits/%s' %filenamestr)
    return Lable,testmat
testlable,testmat=Test()
trainlabel,trainingmat=TrainingSet()
n=testmat.shape[0]
for k in range(1,20):
    err=0.0
    for i in range(n):
        actlable=KNN(testmat[i],trainingmat,trainlabel,k)
        #print("The correct answer is %d and the actual answer is %d" %(int(testlable[i]),int(actlable)))
        if(testlable[i]!=actlable):
            err+=1
    print('k is {} and the correct rate is {}%'.format(k,(n-err)*100/n))

不同K下的正确率