KNN(K-Nearest Neighbors)是一种基于实例的学习方法,用于分类和回归任务。它通过测量不同数据点之间的距离来进行预测。KNN算法的核心思想是:如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别,则该样本也属于这个类别。
K重交叉验证(K-Fold Cross Validation)是一种评估模型性能的方法。它将数据集分成K个大小相似的互斥子集,每次用K-1个子集的并集作为训练集,余下的一个子集作为测试集,这样进行K次训练和测试。最终,模型的性能是这K次评估结果的平均值。
问题:选择不合适的K值可能导致模型过拟合或欠拟合。
解决方法:
library(class)
library(caret)
# 示例数据
data(iris)
iris <- iris[,-5] # 去掉类别标签列
# K重交叉验证选择最佳K值
k_values <- 1:20
accuracy <- numeric(length(k_values))
for (k in k_values) {
folds <- createFolds(iris[,5], k = 10)
acc <- numeric(length(folds))
for (i in 1:length(folds)) {
train_data <- iris[-folds[[i]],]
test_data <- iris[folds[[i]],]
pred <- knn(train = train_data[,1:4], test = test_data[,1:4], cl = train_data[,5], k = k)
acc[i] <- sum(pred == test_data[,5]) / length(pred)
}
accuracy[k] <- mean(acc)
}
# 找到最佳K值
best_k <- k_values[which.max(accuracy)]
print(best_k)
问题:KNN对特征的尺度非常敏感,不同尺度的特征会影响距离的计算。
解决方法:
# 特征缩放
iris_scaled <- scale(iris[,1:4])
# 使用缩放后的数据进行KNN分类
pred <- knn(train = iris_scaled[,-5], test = iris_scaled[,-5], cl = iris[,5], k = best_k)
问题:如果数据集类别不平衡,KNN可能会偏向多数类。
解决方法:
# 示例:使用SMOTE进行过采样
library(DMwR)
iris_imbalanced <- iris
iris_imbalanced[,5] <- ifelse(runif(nrow(iris)) < 0.8, "setosa", "versicolor")
iris_resampled <- SMOTE(class ~ ., data = iris_imbalanced, perc.over = 100, perc.under = 200)
pred_resampled <- knn(train = iris_resampled[,1:4], test = iris_resampled[,1:4], cl = iris_resampled[,5], k = best_k)
通过以上方法,你可以更好地理解和应用KNN算法及其在R语言中的实现,特别是在使用K重交叉验证时需要注意的问题和解决方法。
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