现有1500个二维空间的数据点,python完成(1).编写一个程序不调用sklearn.manifold ,实现ISOMAP降维度。(2).编写一个程序不调用locally_linear_embedding,实现LLE降维。
时间: 2024-02-24 22:57:22 浏览: 158
Advance data dimensionality reduction algorithm implemented in P
好的,我可以帮你解决这个问题。
(1) ISOMAP降维:
ISOMAP是一种流形学习的方法,它通过计算数据点之间的测地距离来保留数据的局部结构。下面是ISOMAP算法的步骤:
1. 构建数据点之间的邻接矩阵,可以选择k近邻方法或者距离阈值方法。
2. 计算数据点之间的测地距离,可以使用Floyd算法或者Dijkstra算法。
3. 对于每个数据点,找到其与其他数据点之间的最短路径,并将这些路径作为新的数据点之间的距离矩阵。
4. 对距离矩阵进行MDS(多维缩放)降维,得到最终的低维嵌入。
下面是Python的代码实现:
```python
import numpy as np
from scipy.spatial.distance import cdist
def ISOMAP(data, n_neighbors, n_components):
"""
data: 数据矩阵,每行表示一个数据点
n_neighbors: k近邻的k值
n_components: 降维后的维数
"""
# 构建邻接矩阵
dist = cdist(data, data)
knn_idx = np.argsort(dist, axis=1)[:, 1:n_neighbors+1]
knn_dist = np.array([dist[i, knn_idx[i]] for i in range(len(data))])
W = np.zeros((len(data), len(data)))
for i in range(len(data)):
for j in knn_idx[i]:
W[i, j] = knn_dist[i, np.where(knn_idx[j] == i)[0][0]]
W[j, i] = W[i, j]
# 计算测地距离
dist = cdist(W, W)
dist[dist == 0] = np.inf
for k in range(len(data)):
for i in range(len(data)):
for j in range(len(data)):
if dist[i, k] != np.inf and dist[k, j] != np.inf:
dist[i, j] = min(dist[i, j], dist[i, k] + dist[k, j])
# MDS降维
B = -0.5*(dist**2 - np.mean(dist**2))
eig_val, eig_vec = np.linalg.eigh(B)
idx = np.argsort(-eig_val)[:n_components]
eig_val = eig_val[idx]
eig_vec = eig_vec[:, idx]
Y = eig_vec*np.sqrt(eig_val)
return Y
```
(2) LLE降维:
LLE也是一种流形学习的方法,它通过线性组合来重构邻域内的数据点,并保留数据的局部结构。下面是LLE算法的步骤:
1. 对于每个数据点,找到其k近邻的数据点,并计算它们之间的线性关系。
2. 构建权重矩阵W,使得W[i,j]表示第i个数据点对第j个数据点的权重。
3. 使用W重构每个数据点的邻域,得到重构系数矩阵Z。
4. 对Z进行MDS降维,得到最终的低维嵌入。
下面是Python的代码实现:
```python
import numpy as np
from scipy.spatial.distance import cdist
def LLE(data, n_neighbors, n_components):
"""
data: 数据矩阵,每行表示一个数据点
n_neighbors: k近邻的k值
n_components: 降维后的维数
"""
# 找到每个数据点的k近邻
dist = cdist(data, data)
knn_idx = np.argsort(dist, axis=1)[:, 1:n_neighbors+1]
# 计算权重矩阵W
W = np.zeros((len(data), len(data)))
for i in range(len(data)):
X = data[knn_idx[i]] - data[i]
C = np.dot(X, X.T)
w = np.linalg.solve(C, np.ones(n_neighbors))
w /= np.sum(w)
for j in range(n_neighbors):
W[i, knn_idx[i, j]] = w[j]
# 构建重构系数矩阵Z
M = np.eye(n_neighbors) - np.ones((n_neighbors, n_neighbors))/n_neighbors
Z = np.zeros((len(data), n_neighbors))
for i in range(len(data)):
idx = knn_idx[i]
Z[i] = np.linalg.solve(np.dot(M, np.dot(X[idx].T, X[idx])), np.ones(n_neighbors))
Z[i] /= np.sum(Z[i])
# MDS降维
B = np.dot((np.eye(len(data)) - W).T, np.eye(len(data)) - W)
eig_val, eig_vec = np.linalg.eigh(B)
idx = np.argsort(eig_val)[1:n_components+1]
eig_vec = eig_vec[:, idx]
Y = eig_vec*np.sqrt(eig_val[idx])
return Y
```
希望这些代码可以帮助你完成任务!
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