爬虫 K-近邻算法（KNN）

K-近邻算法（KNN）

 

0、导引

 

如何进行电影分类¶

众所周知，电影可以按照题材分类，然而题材本身是如何定义的?由谁来判定某部电影属于哪 个题材?也就是说同一题材的电影具有哪些公共特征?这些都是在进行电影分类时必须要考虑的问 题。没有哪个电影人会说自己制作的电影和以前的某部电影类似，但我们确实知道每部电影在风格 上的确有可能会和同题材的电影相近。那么动作片具有哪些共有特征，使得动作片之间非常类似， 而与爱情片存在着明显的差别呢？动作片中也会存在接吻镜头，爱情片中也会存在打斗场景，我们 不能单纯依靠是否存在打斗或者亲吻来判断影片的类型。但是爱情片中的亲吻镜头更多，动作片中 的打斗场景也更频繁，基于此类场景在某部电影中出现的次数可以用来进行电影分类。

本章介绍第一个机器学习算法：K-近邻算法，它非常有效而且易于掌握。

 

1、k-近邻算法原理

 

简单地说，K-近邻算法采用测量不同特征值之间的距离方法进行分类。

 

• 优点：精度高(计算距离)、对异常值不敏感（单纯根据距离进行分类，会忽略特殊情况）、无数据输入假定（不会对数据预先进行判定）。
• 缺点：时间复杂度高、空间复杂度高。
• 适用数据范围：数值型和标称型。

 

工作原理

 

存在一个样本数据集合，也称作训练样本集，并且样本集中每个数据都存在标签，即我们知道样本集中每一数据 与所属分类的对应关系。输人没有标签的新数据后，将新数据的每个特征与样本集中数据对应的 特征进行比较，然后算法提取样本集中特征最相似数据（最近邻）的分类标签。一般来说，我们 只选择样本数据集中前K个最相似的数据，这就是K-近邻算法中K的出处,通常K是不大于20的整数。 最后 ，选择K个最相似数据中出现次数最多的分类，作为新数据的分类。

 

回到前面电影分类的例子，使用K-近邻算法分类爱情片和动作片。有人曾经统计过很多电影的打斗镜头和接吻镜头，下图显示了6部电影的打斗和接吻次数。假如有一部未看过的电影，如何确定它是爱情片还是动作片呢？我们可以使用K-近邻算法来解决这个问题。

 

首先我们需要知道这个未知电影存在多少个打斗镜头和接吻镜头，上图中问号位置是该未知电影出现的镜头数图形化展示，具体数字参见下表。

 

即使不知道未知电影属于哪种类型，我们也可以通过某种方法计算出来。首先计算未知电影与样本集中其他电影的距离，如图所示。

 

现在我们得到了样本集中所有电影与未知电影的距离，按照距离递增排序，可以找到K个距 离最近的电影。假定k=3，则三个最靠近的电影依次是California Man、He's Not Really into Dudes、Beautiful Woman。K-近邻算法按照距离最近的三部电影的类型，决定未知电影的类型，而这三部电影全是爱情片，因此我们判定未知电影是爱情片。

 

欧几里得距离(Euclidean Distance)

 

欧氏距离是最常见的距离度量，衡量的是多维空间中各个点之间的绝对距离。公式如下：

在scikit-learn库中使用k-近邻算法

• 分类问题：from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

举例：对电影分类

导入

import pandas as pd
import numpy as np

读取数据

data = pd.read_excel('my_films.xlsx')
data

样板数据

#样本数据的提取
feature = data[['Action lens','Love lens']]
target = data['target']

测试

from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
knn.fit(feature,target)

#预测数据结果
knn.predict([[19,19]])

 

#一种简单的方法确定k的值
knn.score(feature,target)

 

 

预测年收入是否大于50K美元

读取adult.txt文件，最后一列是年收入，并使用KNN算法训练模型，然后使用模型预测一个人的年收入是否大于50

df = pd.read_csv('./data/adults.txt')
df.head(2)

获取年龄、教育程度、职位、每周工作时间作为机器学习数据
获取薪水作为对应结果

 

#样本数据的提取
feature = df[['age','education_num','occupation','hours_per_week']]
target = df['salary']

feature.head(3)

数据转换，将String类型数据转换为int

s = feature['occupation'].unique()
dic = {}
j = 0
for i in s:
    dic[i] = j
    j += 1
feature['occupation'] = feature['occupation'].map(dic)
feature.head()

map方法，进行数据转换

 

样本数据的拆分  32560
x_train = feature[:32500]
y_train = target[:32500]

x_test = feature[32500:]
y_test = target[32500:]

knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=50)
knn.fit(x_train,y_train)
knn.score(x_test,y_test)

检验

#使用测试数据进行测试
print('真实的分类结果：',np.array(y_test))
print('模型的分类结果：',np.array(knn.predict(x_test)))

 预测数据

 

保存训练模型
from sklearn.externals import joblib