python手写代码实现朴素贝叶斯算法

时间: 2023-08-05 14:09:46 浏览: 23
好的,下面是 Python 实现朴素贝叶斯算法的代码: ```python import numpy as np class NaiveBayes: def __init__(self): self.classes = None self.class_probabilities = None self.mean = None self.variance = None def fit(self, X, y): # 获取不同的类别 self.classes = np.unique(y) n_classes = len(self.classes) # 计算每个类别的先验概率 self.class_probabilities = np.zeros(n_classes) for i in range(n_classes): self.class_probabilities[i] = np.sum(y == self.classes[i]) / len(y) # 计算每个特征在每个类别下的均值和方差 n_features = X.shape[1] self.mean = np.zeros((n_classes, n_features)) self.variance = np.zeros((n_classes, n_features)) for i in range(n_classes): X_i = X[y == self.classes[i]] self.mean[i, :] = X_i.mean(axis=0) self.variance[i, :] = X_i.var(axis=0) def predict(self, X): # 计算每个类别下的后验概率 posteriors = np.zeros((len(X), len(self.classes))) for i in range(len(self.classes)): class_prior = np.log(self.class_probabilities[i]) class_mean = self.mean[i] class_variance = self.variance[i] numerator = np.exp(-((X - class_mean) ** 2) / (2 * class_variance)) denominator = np.sqrt(2 * np.pi * class_variance) posterior = class_prior + np.sum(np.log(numerator / denominator), axis=1) posteriors[:, i] = posterior # 返回概率最大的类别 return self.classes[np.argmax(posteriors, axis=1)] ``` 其中 `fit()` 方法用于训练模型,`predict()` 方法用于预测新数据的类别。在 `fit()` 方法中,我们首先计算了每个类别的先验概率,然后计算了每个特征在每个类别下的均值和方差。在 `predict()` 方法中,我们计算了每个类别下的后验概率,并返回概率最大的类别。

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这是一个基于朴素贝叶斯算法实现手写数字识别的Python代码示例: python import numpy as np import os # 加载数据 def load_data(path): X = [] y = [] for filename in os.listdir(path): label = int(filename.split('_')[0]) y.append(label) filepath = os.path.join(path, filename) with open(filepath, 'r') as f: lines = f.readlines() x = [] for line in lines: row = list(map(int, line.strip())) x.append(row) X.append(x) return np.array(X), np.array(y) # 计算像素点的条件概率 def calc_pixel_prob(X, y): n_samples, height, width = X.shape n_classes = len(np.unique(y)) pixel_prob = np.zeros((n_classes, height, width, 2)) for i in range(n_classes): X_class = X[y==i] pixel_count = np.sum(X_class, axis=0) total_count = np.sum(X_class) pixel_prob[i, :, :, 1] = (pixel_count + 1) / (total_count + 2) pixel_prob[i, :, :, 0] = 1 - pixel_prob[i, :, :, 1] return pixel_prob # 计算先验概率 def calc_prior_prob(y): n_classes = len(np.unique(y)) prior_prob = np.zeros(n_classes) for i in range(n_classes): prior_prob[i] = np.sum(y==i) / len(y) return prior_prob # 预测单个样本 def predict_one(X, pixel_prob, prior_prob): height, width = X.shape log_prob = np.zeros(len(prior_prob)) for i in range(len(prior_prob)): log_prob[i] = np.log(prior_prob[i]) for j in range(height): for k in range(width): if X[j, k] == 1: log_prob[i] += np.log(pixel_prob[i, j, k, 1]) else: log_prob[i] += np.log(pixel_prob[i, j, k, 0]) return np.argmax(log_prob) # 预测多个样本 def predict(X, pixel_prob, prior_prob): y_pred = [] for i in range(X.shape[0]): y_pred.append(predict_one(X[i], pixel_prob, prior_prob)) return np.array(y_pred) # 加载训练数据和测试数据 train_path = 'mnist/train' test_path = 'mnist/test' X_train, y_train = load_data(train_path) X_test, y_test = load_data(test_path) # 计算像素点的条件概率和先验概率 pixel_prob = calc_pixel_prob(X_train, y_train) prior_prob = calc_prior_prob(y_train) # 预测测试数据并计算准确率 y_pred = predict(X_test, pixel_prob, prior_prob) accuracy = np.sum(y_pred==y_test) / len(y_test) print('Accuracy:', accuracy) 在这个代码中,load_data函数用于加载手写数字图片数据,calc_pixel_prob函数用于计算像素点的条件概率,calc_prior_prob函数用于计算先验概率,predict_one函数用于预测单个样本,predict函数用于预测多个样本。在实现中,我们使用了numpy库来方便地进行向量和矩阵的计算,使用了os库来方便地读取文件。最后,我们使用测试数据对模型进行评估,计算出了模型的准确率。
以下是一个简单的 DBN 分类代码示例: python import numpy as np import tensorflow as tf from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data # 加载 MNIST 数据集 mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True) # 定义 DBN 模型 n_visible = 784 # 输入层神经元数 n_hidden1 = 500 # 隐藏层1神经元数 n_hidden2 = 200 # 隐藏层2神经元数 n_classes = 10 # 输出层神经元数 # 定义权重和偏置变量 weights = { 'w1': tf.Variable(tf.random_normal([n_visible, n_hidden1])), 'w2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden1, n_hidden2])), 'w3': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden2, n_classes])) } biases = { 'b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden1])), 'b2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden2])), 'b3': tf.Variable(tf.random_normal([n_classes])) } # 定义输入和输出占位符 x = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_visible]) y = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_classes]) # 定义前向传播函数 def forward_propagation(x): hidden1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['w1']), biases['b1'])) hidden2 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(hidden1, weights['w2']), biases['b2'])) output = tf.nn.softmax(tf.add(tf.matmul(hidden2, weights['w3']), biases['b3'])) return output # 定义训练参数 learning_rate = .01 training_epochs = 50 batch_size = 100 display_step = 1 # 定义损失函数和优化器 pred = forward_propagation(x) cost = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y * tf.log(pred), reduction_indices=1)) optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(cost) # 初始化变量 init = tf.global_variables_initializer() # 开始训练 with tf.Session() as sess: sess.run(init) for epoch in range(training_epochs): avg_cost = . total_batch = int(mnist.train.num_examples/batch_size) for i in range(total_batch): batch_x, batch_y = mnist.train.next_batch(batch_size) _, c = sess.run([optimizer, cost], feed_dict={x: batch_x, y: batch_y}) avg_cost += c / total_batch if epoch % display_step == : print("Epoch:", '%04d' % (epoch+1), "cost=", "{:.9f}".format(avg_cost)) print("Optimization Finished!") # 测试模型 correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(pred, 1), tf.argmax(y, 1)) accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32)) print("Accuracy:", accuracy.eval({x: mnist.test.images, y: mnist.test.labels})) 这个代码实现了一个简单的 DBN 分类器,用于对 MNIST 数据集进行手写数字识别。
好的,我来为您解答。 首先,我们可以通过以下代码加载手写数字识别数据集并可视化前 10 个数字: python from sklearn.datasets import load_digits import matplotlib.pyplot as plt digits = load_digits() fig, axes = plt.subplots(2, 5, figsize=(10, 5)) for ax, img in zip(axes.flatten(), digits.images[:10]): ax.imshow(img, cmap='gray') plt.show() 接下来,我们将数据集分为训练集与测试集两部分,训练集比测试集等于 8:2。我们可以使用 train_test_split 函数来实现: python from sklearn.model_selection import train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(digits.data, digits.target, test_size=0.2, random_state=42) 然后,我们可以使用朴素贝叶斯算法对手写数字识别数据集进行识别。我们可以使用 GaussianNB 类来实现: python from sklearn.naive_bayes import GaussianNB model = GaussianNB() model.fit(X_train, y_train) 最后,我们可以打印出模型在训练集与测试集上的准确率: python from sklearn.metrics import accuracy_score y_train_pred = model.predict(X_train) train_accuracy = accuracy_score(y_train, y_train_pred) print("训练集准确率:", train_accuracy) y_test_pred = model.predict(X_test) test_accuracy = accuracy_score(y_test, y_test_pred) print("测试集准确率:", test_accuracy) 接下来,我们思考如何提升模型性能,并实验论证。以下是几种可以尝试的方法: - 特征选择:可以通过选择更重要的特征来提高模型性能。我们可以使用特征选择算法来选择最佳特征,例如方差阈值或相关性阈值。 - 调整模型参数:可以通过调整模型参数来提高模型性能。例如,在朴素贝叶斯算法中,我们可以尝试不同的先验分布或调整正则化参数。 - 使用其他分类算法:可以尝试使用其他分类算法,例如支持向量机、决策树或随机森林。不同的算法可能对数据集的特征有不同的适应性。 下面是一个例子,我们使用特征选择算法选择最佳特征,并使用决策树算法进行分类: python from sklearn.feature_selection import VarianceThreshold from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier # 特征选择 selector = VarianceThreshold() X_train_selected = selector.fit_transform(X_train) X_test_selected = selector.transform(X_test) # 分类 model = DecisionTreeClassifier() model.fit(X_train_selected, y_train) # 准确率 y_train_pred = model.predict(X_train_selected) train_accuracy = accuracy_score(y_train, y_train_pred) print("训练集准确率:", train_accuracy) y_test_pred = model.predict(X_test_selected) test_accuracy = accuracy_score(y_test, y_test_pred) print("测试集准确率:", test_accuracy) 尝试不同的方法可以帮助我们找到最佳的模型,从而提高分类准确率。

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