只使用numpy不调用skit-learn完整实现线性不可分支持向量机六分类,对手动输入的单条18维数据循环训练、保存模型、加载模型、预测

时间: 2023-06-15 07:03:18 浏览: 196
好的,我可以为您提供一个基于numpy实现的线性不可分支持向量机的六分类器。这里使用的是一对多(One-vs-All)的方法进行多分类。 代码实现如下: ```python import numpy as np class SVM: def __init__(self, C=1, learning_rate=0.01, max_iters=1000, kernel_type='linear', degree=3, gamma=1.0): self.C = C self.learning_rate = learning_rate self.max_iters = max_iters self.kernel_type = kernel_type self.degree = degree self.gamma = gamma self.kernel = self._get_kernel_func(kernel_type, degree, gamma) def _get_kernel_func(self, kernel_type, degree, gamma): if kernel_type == 'linear': return lambda x, y: np.dot(x, y) elif kernel_type == 'poly': return lambda x, y: (gamma * np.dot(x, y) + 1) ** degree elif kernel_type == 'rbf': return lambda x, y: np.exp(-gamma * np.sum((x - y) ** 2)) else: raise ValueError('Invalid kernel type.') def _init_params(self, X, y): self.X = X self.y = y self.m, self.n = X.shape self.alpha = np.zeros(self.m) self.b = 0 self.E = np.zeros(self.m) def _predict(self, X): pred = np.zeros(X.shape[0]) for i in range(X.shape[0]): pred[i] = np.sign(np.sum(self.alpha * self.y * self.kernel(X[i], self.X)) + self.b) return pred def _train(self): for t in range(self.max_iters): for i in range(self.m): Ei = self.E[i] xi = self.X[i] yi = self.y[i] if (yi * Ei < -0.001 and self.alpha[i] < self.C) or (yi * Ei > 0.001 and self.alpha[i] > 0): j = np.random.choice(list(range(i)) + list(range(i+1, self.m))) xj = self.X[j] yj = self.y[j] Ej = self.E[j] alpha_i_old = self.alpha[i] alpha_j_old = self.alpha[j] if yi != yj: L = max(0, alpha_j_old - alpha_i_old) H = min(self.C, self.C + alpha_j_old - alpha_i_old) else: L = max(0, alpha_i_old + alpha_j_old - self.C) H = min(self.C, alpha_i_old + alpha_j_old) if L == H: continue eta = self.kernel(xi, xi) + self.kernel(xj, xj) - 2 * self.kernel(xi, xj) if eta == 0: continue alpha_j_new_unc = alpha_j_old + yj * (Ei - Ej) / eta alpha_j_new = min(max(alpha_j_new_unc, L), H) alpha_i_new = alpha_i_old + yi * yj * (alpha_j_old - alpha_j_new) b1 = self.b - Ei - yi * (alpha_i_new - alpha_i_old) * self.kernel(xi, xi) - yj * (alpha_j_new - alpha_j_old) * self.kernel(xi, xj) b2 = self.b - Ej - yi * (alpha_i_new - alpha_i_old) * self.kernel(xi, xj) - yj * (alpha_j_new - alpha_j_old) * self.kernel(xj, xj) if 0 < alpha_i_new < self.C: self.b = b1 elif 0 < alpha_j_new < self.C: self.b = b2 else: self.b = (b1 + b2) / 2 self.alpha[i] = alpha_i_new self.alpha[j] = alpha_j_new self.E[i] = np.sum(self.alpha * self.y * self.kernel(xi, self.X)) + self.b - yi self.E[j] = np.sum(self.alpha * self.y * self.kernel(xj, self.X)) + self.b - yj def fit(self, X, y): self._init_params(X, y) for i in range(6): binary_y = np.where(y == i, 1, -1) self.E = np.zeros(self.m) self.alpha = np.zeros(self.m) self.b = 0 self._train() setattr(self, f'alpha_{i}', self.alpha) setattr(self, f'b_{i}', self.b) def predict(self, X): predictions = np.zeros((X.shape[0], 6)) for i in range(6): alpha = getattr(self, f'alpha_{i}') b = getattr(self, f'b_{i}') predictions[:, i] = self._predict(X) * alpha * self.y + b return np.argmax(predictions, axis=1) def save(self, filename): with open(filename, 'wb') as f: np.savez(f, C=self.C, learning_rate=self.learning_rate, max_iters=self.max_iters, kernel_type=self.kernel_type, degree=self.degree, gamma=self.gamma, alpha=self.alpha, b=self.b) def load(self, filename): with open(filename, 'rb') as f: model = np.load(f) self.C = model['C'] self.learning_rate = model['learning_rate'] self.max_iters = model['max_iters'] self.kernel_type = model['kernel_type'] self.degree = model['degree'] self.gamma = model['gamma'] self.alpha = model['alpha'] self.b = model['b'] ``` 接下来,您可以使用以下代码进行训练、保存模型、加载模型和预测: ```python # 训练模型 svm = SVM(C=1, learning_rate=0.01, max_iters=1000, kernel_type='rbf', gamma=0.1) svm.fit(X_train, y_train) # 保存模型 svm.save('svm_model.npz') # 加载模型 svm = SVM() svm.load('svm_model.npz') # 预测 X_test = np.array([[-0.5, 0.5, 0.5, -0.5, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5, 0.5, -0.5]]) y_pred = svm.predict(X_test) print(y_pred) ``` 这里假设您已经有了训练数据 `X_train` 和标签 `y_train`。在上述代码中,我们使用了高斯核函数(RBF核函数)进行分类。您可以根据需要修改 `SVM` 类的参数,例如正则化参数 `C`、学习率 `learning_rate`、最大迭代次数 `max_iters`、核函数类型 `kernel_type`、多项式核函数的次数 `degree` 和高斯核函数的参数 `gamma`。 在 `predict` 方法中,我们使用了一对多的方法进行多分类。首先为每个类别训练一个二分类器,然后将测试样本输入这些二分类器进行预测,最后选择预测得分最高的类别作为最终预测结果。预测结果是一个长度为测试样本数的一维数组,每个元素表示该样本的预测类别。 在上述代码中,我们手动输入了一条测试数据 `X_test`,您可以根据需要修改为其他数据。
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