Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)

系统 502 0

除了在Matlab中使用PRTools工具箱中的svm算法,Python中一样可以使用支持向量机做分类。因为Python中的sklearn库也集成了SVM算法,本文的运行环境是Pycharm。

一、导入sklearn算法包

Scikit-Learn库已经实现了所有基本机器学习的算法,具体使用详见官方文档说明:http://scikit-learn.org/stable/auto_examples/index.html。

skleran中集成了许多算法,其导入包的方式如下所示,

逻辑回归:from sklearn.linear_model import LogisticRegression

朴素贝叶斯:from sklearn.naive_bayes import GaussianNB

K-近邻:from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

决策树:from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier

支持向量机:from sklearn import svm

二、sklearn中svc的使用

(1)使用numpy中的loadtxt读入数据文件

loadtxt()的使用方法:

fname:文件路径。eg:C:/Dataset/iris.txt。

dtype:数据类型。eg:float、str等。

delimiter:分隔符。eg:‘,'。

converters:将数据列与转换函数进行映射的字典。eg:{1:fun},含义是将第2列对应转换函数进行转换。

usecols:选取数据的列。

以Iris兰花数据集为例子:

由于从UCI数据库中下载的Iris原始数据集的样子是这样的,前四列为特征列,第五列为类别列,分别有三种类别Iris-setosa, Iris-versicolor, Iris-virginica。   

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第1张图片

当使用numpy中的loadtxt函数导入该数据集时,假设数据类型dtype为浮点型,但是很明显第五列的数据类型并不是浮点型。

因此我们要额外做一个工作,即通过loadtxt()函数中的converters参数将第五列通过转换函数映射成浮点类型的数据。

首先,我们要写出一个转换函数:

            
def iris_type(s):
  it = {'Iris-setosa': 0, 'Iris-versicolor': 1, 'Iris-virginica': 2}
  return it[s]
          

接下来读入数据,converters={4: iris_type}中“4”指的是第5列:

            
path = u'D:/f盘/python/学习/iris.data' # 数据文件路径
data = np.loadtxt(path, dtype=float, delimiter=',', converters={4: iris_type})
          

读入结果:

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第2张图片

(2)将Iris分为训练集与测试集

            
x, y = np.split(data, (4,), axis=1)
x = x[:, :2]
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, random_state=1, train_size=0.6)
          

1.split(数据,分割位置,轴=1(水平分割) or 0(垂直分割))。

2.x = x[:, :2]是为方便后期画图更直观,故只取了前两列特征值向量训练。

3. sklearn.model_selection.train_test_split随机划分训练集与测试集。train_test_split(train_data,train_target,test_size=数字, random_state=0)

参数解释:

  • train_data:所要划分的样本特征集
  • train_target:所要划分的样本结果
  • test_size:样本占比,如果是整数的话就是样本的数量
  • random_state:是随机数的种子。

随机数种子:其实就是该组随机数的编号,在需要重复试验的时候,保证得到一组一样的随机数。比如你每次都填1,其他参数一样的情况下你得到的随机数组是一样的。但填0或不填,每次都会不一样。随机数的产生取决于种子,随机数和种子之间的关系遵从以下两个规则:种子不同,产生不同的随机数;种子相同,即使实例不同也产生相同的随机数。

(3)训练svm分类器

            
# clf = svm.SVC(C=0.1, kernel='linear', decision_function_shape='ovr')
  clf = svm.SVC(C=0.8, kernel='rbf', gamma=20, decision_function_shape='ovr')
  clf.fit(x_train, y_train.ravel())
          

kernel='linear'时,为线性核,C越大分类效果越好,但有可能会过拟合(defaul C=1)。

kernel='rbf'时(default),为高斯核,gamma值越小,分类界面越连续;gamma值越大,分类界面越“散”,分类效果越好,但有可能会过拟合。

decision_function_shape='ovr'时,为one v rest,即一个类别与其他类别进行划分,

decision_function_shape='ovo'时,为one v one,即将类别两两之间进行划分,用二分类的方法模拟多分类的结果。

(4)计算svc分类器的准确率

            
print clf.score(x_train, y_train) # 精度
y_hat = clf.predict(x_train)
show_accuracy(y_hat, y_train, '训练集')
print clf.score(x_test, y_test)
y_hat = clf.predict(x_test)
show_accuracy(y_hat, y_test, '测试集')
          

结果为:

如果想查看决策函数,可以通过decision_function()实现

            
print 'decision_function:\n', clf.decision_function(x_train)
print '\npredict:\n', clf.predict(x_train)
          

结果为:

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第3张图片 Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第4张图片

decision_function中每一列的值代表距离各类别的距离。

(5)绘制图像

1.确定坐标轴范围,x,y轴分别表示两个特征

            
x1_min, x1_max = x[:, 0].min(), x[:, 0].max() # 第0列的范围
x2_min, x2_max = x[:, 1].min(), x[:, 1].max() # 第1列的范围
x1, x2 = np.mgrid[x1_min:x1_max:200j, x2_min:x2_max:200j] # 生成网格采样点
grid_test = np.stack((x1.flat, x2.flat), axis=1) # 测试点
# print 'grid_test = \n', grid_testgrid_hat = clf.predict(grid_test)    # 预测分类值grid_hat = grid_hat.reshape(x1.shape) # 使之与输入的形状相同
          

这里用到了mgrid()函数,该函数的作用这里简单介绍一下:

 假设假设目标函数F(x,y)=x+y。x轴范围1~3,y轴范围4~6,当绘制图像时主要分四步进行:

【step1:x扩展】(朝右扩展):

        [1 1 1]

   [2 2 2]

   [3 3 3]

【step2:y扩展】(朝下扩展):

   [4 5 6]

   [4 5 6]

   [4 5 6]

【step3:定位(xi,yi)】:

   [(1,4) (1,5) (1,6)]

   [(2,4) (2,5) (2,6)]

   [(3,4) (3,5) (3,6)]

【step4:将(xi,yi)代入F(x,y)=x+y】

因此这里x1, x2 = np.mgrid[x1_min:x1_max:200j, x2_min:x2_max:200j]后的结果为:

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第5张图片

再通过stack()函数,axis=1,生成测试点

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第6张图片

2.指定默认字体

            
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = [u'SimHei']
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
          

3.绘制

            
cm_light = mpl.colors.ListedColormap(['#A0FFA0', '#FFA0A0', '#A0A0FF'])

cm_dark = mpl.colors.ListedColormap(['g', 'r', 'b'])

plt.pcolormesh(x1, x2, grid_hat, cmap=cm_light)

plt.scatter(x[:, 0], x[:, 1], c=y, edgecolors='k', s=50, cmap=cm_dark) # 样本

plt.scatter(x_test[:, 0], x_test[:, 1], s=120, facecolors='none', zorder=10) # 圈中测试集样本

plt.xlabel(u'花萼长度', fontsize=13)

plt.ylabel(u'花萼宽度', fontsize=13)

plt.xlim(x1_min, x1_max)

plt.ylim(x2_min, x2_max)

plt.title(u'鸢尾花SVM二特征分类', fontsize=15)

# plt.grid()

plt.show()
          

pcolormesh(x,y,z,cmap)这里参数代入x1,x2,grid_hat,cmap=cm_light绘制的是背景。

 scatter中edgecolors是指描绘点的边缘色彩,s指描绘点的大小,cmap指点的颜色。

xlim指图的边界。

最终结果为:

Python中的支持向量机SVM的使用(附实例代码)_第7张图片

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。


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