基于留一法的快速KNN代码

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留一法交叉验证（LOOCV）
留一法即Leave-One-Out Cross Validation。这种方法比较简单易懂，就是把一个大的数据集分为k个小数据集，其中k-1个作为训练集，剩下的一个作为测试集，然后选择下一个作为测试集，剩下的k-1个作为训练集，以此类推。其主要目的是为了防止过拟合，评估模型的泛化能力。计算时间较长。
& Q# F% f& H1 I
! d, Y7 _1 N, |; D  ?8 [适用场景：
* I) S  d2 s' Z" ?0 r0 O; ]* I
/ F( G( G* t. @7 d数据集少，如果像正常一样划分训练集和验证集进行训练，那么可以用于训练的数据本来就少，还被划分出去一部分，这样可以用来训练的数据就更少了。loocv可以充分的利用数据。
5 E9 h. V5 L! R3 h( `, H

快速留一法KNN

因为LOOCV需要划分N次，产生N批数据，所以在一轮训练中，要训练出N个模型，这样训练时间就大大增加。为了解决这样的问题，根据留一法的特性，我们可以提前计算出不同样本之间的距离（或者距离的中间值），存储起来。使用LOOCV时直接从索引中取出即可。下面的代码以特征选择为Demo，验证快速KNN留一法。
* U" w  m( ~1 R* c
其中FSKNN1是普通KNN，FSKNN2是快速KNN
& `. x( c3 {5 [7 [( g2 D1 }6 M* ]  \
' K0 }: C0 N4 y* O6 y  f( Y7 M主函数main.m
0 Q$ k: ~! D) j

• clc
• [train_F,train_L,test_F,test_L] = divide_dlbcl();
• dim = size(train_F,2);
• individual = rand(1,dim);
• global choice
• choice = 0.5;
• global knnIndex
• [knnIndex] = preKNN(individual,train_F);
• for i = 1:100
•     [error,fs] = FSKNN1(individual,train_F,train_L);
•     [error2,fs2] = FSKNN2(individual,train_F,train_L);
• end
  

0 {3 l( Z1 \0 Z: o' n; C
  ?2 F2 ]- Z+ Q  G4 ^数据集划分divide_dlbcl.m

0 X; }) v9 R; b' R' j

• function [train_F,train_L,test_F,test_L] = divide_dlbcl()
• load DLBCL.mat;
• dataMat=ins;
• len=size(dataMat,1);
• %归一化
• maxV = max(dataMat);
• minV = min(dataMat);
• range = maxV-minV;
• newdataMat = (dataMat-repmat(minV,[len,1]))./(repmat(range,[len,1]));
• Indices   =  crossvalind('Kfold', length(lab), 10);
• site = find(Indices==1|Indices==2|Indices==3);
• test_F = newdataMat(site,：);
• test_L = lab(site);
• site2 = find(Indices~=1&Indices~=2&Indices~=3);
• train_F = newdataMat(site2,：);
• train_L =lab(site2);
• end
  

简单KNN

8 B' S* _  Q  p( }FSKNN1.m
: v" V2 v; w8 P6 {
, ^" m/ i) y9 k! m$ |1 \

• function [error,fs] = FSKNN1(x,train_F,train_L)
• global choice
• inmodel = x>choice;%%%%%设定恰当的阈值选择特征
• k=1;
• train_f=train_F(:,inmodel);
• train_length = size(train_F,1);
• flag = logical(ones(train_length,1));
• error=0;
• for j=1:train_length
•     flag(j) = 0;
•     CtrainF = train_f(flag,：);
•     CtrainL = train_L(flag);
•     CtestF = train_f(~flag,：);
•     CtestL = train_L(~flag);
•     classifyresult= KNN1(CtestF,CtrainF,CtrainL,k);
•     if (CtestL~=classifyresult)
•         error=error+1;
•     end
•     flag(j) = 1;
• end
•   error=error/train_length;
•   fs = sum(inmodel);
• end
  + z+ i! O1 D1 b) T9 H9 I, h

KNN1.m

; A: O8 s0 C& m8 W# P4 F, o# I

• function relustLabel = KNN1(inx,data,labels,k)
• %%
• %   inx 为 输入测试数据，data为样本数据，labels为样本标签 k值自定1~3
• %%
• [datarow , datacol] = size(data);
• diffMat = repmat(inx,[datarow,1]) - data ;
• distanceMat = sqrt(sum(diffMat.^2,2));
• [B , IX] = sort(distanceMat,'ascend');
• len = min(k,length(B));
• relustLabel = mode(labels(IX(1:len)));
• end
    @8 {0 t$ |% D8 s

7 F$ P1 L. [/ ]" ~5 _快速KNN

preKNN.m
6 N+ ?7 [8 \! X

• function [knnIndex] = preKNN(x,train_F)
•     inmodel = x > 0;
•     train_f=train_F(:,inmodel);
•     train_length = size(train_F,1);
•     flag = logical(ones(train_length,1));
•     knnIndex = cell(train_length,1);
•     for j=1:train_length
•         flag(j) = 0;
•         CtrainF = train_f(flag,：);
•         CtestF = train_f(~flag,：);
•         [datarow , ~] = size(CtrainF);
•         diffMat = repmat(CtestF,[datarow,1]) - CtrainF ;
•         diffMat = diffMat.^2;
•         knnIndex{j,1} = diffMat;
•         flag(j) = 1;
•     end
• end
  

# S0 r: E' M' v2 q, |) E4 {9 yFSKNN2.m

" y# }6 Y2 c1 O( g5 D

• function [error,fs] = FSKNN2(x,train_F,train_L)
• global choice
• inmodel = x>choice;%%%%%设定恰当的阈值选择特征
• global knnIndex
• k=1;
• train_length = size(train_F,1);
• flag = logical(ones(train_length,1));
• error=0;
• for j=1:train_length
•     flag(j) = 0;
•     CtrainL = train_L(flag);
•     CtestL = train_L(~flag);
•     classifyresult= KNN2(CtrainL,k,knnIndex{j}(:,inmodel));
•     if(CtestL~=classifyresult)
•         error=error+1;
•     end
•     flag(j) = 1;
• end
•   error=error/train_length;
•   fs = sum(inmodel);
• end
  

KNN2.m

• function relustLabel = KNN2(labels,k,diffMat)
• distanceMat = sqrt(sum(diffMat,2));
• [B , IX] = sort(distanceMat,'ascend');
• len = min(k,length(B));
• relustLabel = mode(labels(IX(1:len)));
• end
  

结果

( T4 o& Q  f% Z% P5 j" _9 l  c; j

6 Y2 U) c/ u" v- n可以看到FSKNN2+preKNN的时间比FSKNN1要少很多。

ExxNEN

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smileqq

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SsaaM7

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