[机器学习篇]基于Scikit learn库中KNN,SVM算法的笔迹识别

前言

这里介绍，如何运用Scikit learn库中的KNN，SVM算法进行笔迹识别。

数据说明：

数据共有785列，第一列为label，剩下的784列数据存储的是灰度图像(0~255)的像素值 28*28=784

安装scikit learn库

看了很多安装教程，都没有安装成功。最后参考了官方网站的安装文档，只需要一步步照着做下来就能成功安装scikit learn 安装文档

函数介绍：

主成分分析（Principal components analysis，PCA）：

一种分析、简化数据集的技术。主成分分析经常用于减少数据集的维数，同时保持数据集中的对方差贡献最大的特征。过程是求协方差矩阵的特征值与特征向量，通过保留低阶主成分，忽略高阶主成分。这样低阶成分往往能够保留住数据的最重要方面。

c.f.:svd奇异值分析

实际中会用svd奇异值分析去代替它，因为pca计算量比较大。

from sklearn.decomposition import PCA
#从sklearn中导入PCA
pca = PCA(n_components=0.8,whiten=True)
#设置PCA参数
#n_components:
#设为大于零的整数，会自动的选取n个主成分,
#设为分数时，选择特征值占总特征值大于n的，作为主成分
#whiten:
#True表示做白化处理，白化处理主要是为了使处理后的数据方差都一致
pca.fit_transform(data)
pca.transform(data)
#对数据data进行主成分分析

from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
#导入Scikit learn库中的KNN算法

neighbors=kneighbors([X, n_neighbors, return_distance])
#找到一个点的K近邻，n_neighbors近邻的数目
neighbors.fit(Training data,Target values)
#对训练集的输入和输出进行训练
pre= neighbors.predict(Test samples)
#对测试集的输入进行预测，返回预测出的标签

[/code]

KNN完整程序及注解

import pandas as pd
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
import time

if __name__ =="__main__":
train_num = 20000
test_num = 30000
data = pd.read_csv('train.csv')
train_data = data.values[0:train_num,1:]
train_label = data.values[0:train_num,0]
test_data = data.values[train_num:test_num,1<
c18f
/span>:]
test_label = data.values[train_num:test_num,0]

t = time.time()
pca=PCA(n_components = 0.8)
train_x = pca.fit_transform(train_data)
test_x = pca.transform(test_data)
neighbors = KNeighborsClassifier(n_neighbors=4)
neighbors.fit(train_x,train_label)
pre= neighbors.predict(test_x)

acc = float((pre==test_label).sum())/len(test_x)
print u'准确率：%f,花费时间：%.2fs' %(acc,time.time()-t)

[/code]

运行结果：

准确率：0.946000,花费时间：7.98s

svm方法：

支持向量机（Support Vector Machine，常简称为SVM）是一种监督式学习的方法，可广泛地应用于统计分类以及回归分析。

支持向量机建构一个或多个高维的超平面来分类资料点，这个超平面即为分类边界。直观来说，好的分类边界要距离最近的训练资料点越远越好。在支持向量机中，分类边界与最近的训练资料点之间的距离称为间隔（margin）；支持向量机的目标即为找出间隔最大的超平面来作为分类边界。

from sklearn import svm
#从sklearn库中导入svm

[/code]

SVC函数

svc=svm.SVC(*C=1.0*, *kernel='rbf'*, *degree=3*)
#C是惩罚因子
#kernel核方法，常用的核方法有：‘linear’, ‘poly’, ‘rbf’, ‘sigmoid’, ‘precomputed’
svc.fit(X, y, sample_weight=None)
#对训练集的输入和输出进行训练
svc.predict(x)
#对测试集的输入进行预测，返回预测出的标签
#####SVM完整程序及注解

[/code]

import pandas as pd
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn import svm
import time

if __name__ =="__main__":
train_num = 5000
test_num = 7000
data = pd.read_csv('train.csv')
train_data = data.values[0:train_num,1:]
train_label = data.values[0:train_num,0]
test_data = data.values[train_num:test_num,1:]
test_label = data.values[train_num:test_num,0]
t = time.time()
#svm方法
pca = PCA(n_components = 0.8,whiten = True)
train_x = pca.fit_transform(train_data)
test_x = pca.transform(test_data)
svc = svm.SVC(kernel = 'rbf',C = 10)
svc.fit(train_x,train_label)
pre = svc.predict(test_x)
acc = float((pre==test_label).sum())/len(test_x)
print u'准确率：%f,花费时间：%.2fs' %(acc,time.time()-t)

[/code]

运行结果：

准确率：0.953000,花费时间：13.95s

对比：

在对5000个数据进行训练，2000个数据进行测试的过程中，SVM比KNN的准确率更高，所用时间更长。

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