【统计学习方法】 第3章 k近邻法(二)

深度学习入门笔记

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2021-02-13 17:35

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Isaac Newton



实现k近邻法时,主要考虑的是如何对训练数据进行快速k近邻搜索。

下面介绍kd树方法。

kd树是对k维空间中的实例点进行储存以便对其进行快速检索的树形数据结构。kd树是二叉树,表示对k维空间的一个划分。构造kd树相当于不断地用垂直于坐标轴的超平面将k维空间切分,构成一系列的k维超矩形区域。



1

构造平衡kd树


输入:k维空间数据集

输出:kd树


构造kd树节点


创建节点代码:

class KdNode(object):    def __init__(self, dom_elt, split, left, right):        # k维向量节点(k维空间中的一个样本点)                self.dom_elt = dom_elt          # 整数(进行分割维度的序号)        self.split = split         # 该结点分割超平面左子空间构成的kd-tree        self.left = left          # 该结点分割超平面右子空间构成的kd-tree        self.right = right


创建kd树

class KdTree(object):    def __init__(self, data):        k = len(data[0])  # 数据维度
def CreateNode(split, data_set): # 按第split维划分数据集exset创建KdNode if not data_set: # 数据集为空 return None # key参数的值为一个函数,此函数只有一个参数且返回一个值用来进行比较 # operator模块提供的itemgetter函数用于获取对象的哪些维的数据,参数为需要获取的数据在对象中的序号 #data_set.sort(key=itemgetter(split)) # 按要进行分割的那一维数据排序 data_set.sort(key=lambda x: x[split]) split_pos = len(data_set) // 2 # //为Python中的整数除法 median = data_set[split_pos] # 中位数分割点 split_next = (split + 1) % k # cycle coordinates
# 递归的创建kd树 return KdNode( median, split, CreateNode(split_next, data_set[:split_pos]), # 创建左子树 CreateNode(split_next, data_set[split_pos + 1:])) # 创建右子树
self.root = CreateNode(0, data) # 从第0维分量开始构建kd树,返回根节点





2

例题3.2




代码:

import sysimport importlibimportlib.reload(sys)
# kd-tree每个结点中主要包含的数据结构如下 class KdNode(object): def __init__(self, dom_elt, split, left, right): # k维向量节点(k维空间中的一个样本点) self.dom_elt = dom_elt # 整数(进行分割维度的序号) self.split = split # 该结点分割超平面左子空间构成的kd-tree self.left = left # 该结点分割超平面右子空间构成的kd-tree self.right = right

class KdTree(object): def __init__(self, data): k = len(data[0]) # 数据维度
def CreateNode(split, data_set): # 按第split维划分数据集exset创建KdNode if not data_set: return None
# key参数的值为一个函数,此函数只有一个参数且返回一个值用来进行比较 # operator模块提供的itemgetter函数用于获取对象的哪些维的数据,参数为需要获取的数据在对象中的序号 # data_set.sort(key=itemgetter(split)) # 按要进行分割的那一维数据排序 data_set.sort(key=lambda x: x[split]) split_pos = len(data_set) // 2 # //为Python中的整数除法 median = data_set[split_pos] # 中位数分割点 split_next = (split + 1) % k # cycle coordinates
# 递归的创建kd树 return KdNode(median, split, CreateNode(split_next, data_set[:split_pos]), # 创建左子树 CreateNode(split_next, data_set[split_pos + 1:])) # 创建右子树
self.root = CreateNode(0, data) # 从第0维分量开始构建kd树,返回根节点
# KDTree的前序遍历def preorder(root): print (root.dom_elt) if root.left: # 节点不为空 preorder(root.left) if root.right: preorder(root.right)

data = [[2,3],[5,4],[9,6],[4,7],[8,1],[7,2]]kd = KdTree(data)preorder(kd.root)


输出

[7, 2][5, 4][2, 3][4, 7][9, 6][8, 1]


分割效果如图:




 END

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