请根据cotraining算法自行编写代码,并对代码进行逐行注释,实现半监督学习数字识别任务,并说明cotraining算法具体思想

时间: 2024-02-28 21:55:27 浏览: 18
好的,下面是代码实现和注释。 首先,我们需要导入所需的库和模块: ```python import numpy as np from sklearn.datasets import load_digits from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import accuracy_score from sklearn.svm import SVC from sklearn.naive_bayes import GaussianNB ``` 然后,我们需要加载手写数字数据集,并将其分成训练集和测试集: ```python digits = load_digits() # 将数据集划分为有标注数据和无标注数据 X_unlabeled, X_labeled, y_unlabeled, y_labeled = train_test_split(digits.data, digits.target, test_size=0.9, stratify=digits.target, random_state=42) # 将有标注数据划分为训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_labeled, y_labeled, test_size=0.5, stratify=y_labeled, random_state=42) ``` 接下来,我们需要定义两个分类器,这里我们采用SVM和朴素贝叶斯分类器: ```python clf1 = SVC(kernel='linear', random_state=42) # 定义一个SVM分类器 clf2 = GaussianNB() # 定义一个朴素贝叶斯分类器 ``` 然后,我们需要定义cotraining算法的实现代码: ```python def cotraining(X_train, y_train, X_unlabeled, clf1, clf2, n_iter=5, r=0.5, u=10): """ 半监督学习之cotraining算法的实现 参数: X_train: array-like,有标注数据的特征,shape为(n_samples, n_features) y_train: array-like,有标注数据的标签,shape为(n_samples, ) X_unlabeled: array-like,无标注数据的特征,shape为(n_samples, n_features) clf1: 模型1,例如SVM分类器 clf2: 模型2,例如朴素贝叶斯分类器 n_iter: int,cotraining算法的迭代次数,默认为5 r: float,每次迭代中选择高置信度样本的比例,默认为0.5 u: int,每次迭代中从剩余无标注数据中选择的样本数,默认为10 返回值: clf1: 模型1,训练之后的分类器 clf2: 模型2,训练之后的分类器 """ X_labeled = X_train.copy() # 将有标注数据复制到X_labeled y_labeled = y_train.copy() # 将有标注数据的标签复制到y_labeled for i in range(n_iter): # Train classifiers on labeled data clf1.fit(X_labeled, y_labeled) # 在有标注数据上训练模型1 clf2.fit(X_labeled, y_labeled) # 在有标注数据上训练模型2 # Use classifiers to predict labels for unlabeled data y_pred1 = clf1.predict(X_unlabeled) # 利用模型1预测无标注数据的标签 y_pred2 = clf2.predict(X_unlabeled) # 利用模型2预测无标注数据的标签 # Select high-confidence predictions p1 = clf1.decision_function(X_unlabeled) # 计算模型1的置信度分数 p2 = clf2.predict_proba(X_unlabeled) # 计算模型2的置信度概率 high_confidence1 = np.argsort(-p1)[:int(r * len(X_unlabeled))] # 选取置信度分数最高的r%样本 high_confidence2 = np.argsort(-p2.max(axis=1))[:int(r * len(X_unlabeled))] # 选取置信度概率最高的r%样本 high_confidence = set(high_confidence1).intersection(high_confidence2) # 选择两个模型都选中的样本 # Add high-confidence predictions to labeled data X_labeled = np.concatenate([X_labeled, X_unlabeled[list(high_confidence)]]) # 将高置信度样本添加到有标注数据中 y_labeled = np.concatenate([y_labeled, y_pred1[list(high_confidence)]]) # 将高置信度样本的标签添加到有标注数据标签中 # Remove high-confidence predictions from unlabeled data X_unlabeled = np.delete(X_unlabeled, list(high_confidence), axis=0) # 从无标注数据中删除高置信度样本 # Select random samples from remaining unlabeled data random_samples = np.random.choice(len(X_unlabeled), size=u, replace=False) # 随机选择u个样本 # Add random samples to labeled data X_labeled = np.concatenate([X_labeled, X_unlabeled[random_samples]]) # 将随机选择的样本添加到有标注数据中 y_labeled = np.concatenate([y_labeled, y_pred2[random_samples]]) # 将随机选择的样本的标签添加到有标注数据标签中 # Remove random samples from unlabeled data X_unlabeled = np.delete(X_unlabeled, random_samples, axis=0) # 从无标注数据中删除随机选择的样本 # Train final classifiers on all labeled data clf1.fit(X_labeled, y_labeled) # 在所有有标注数据上训练模型1 clf2.fit(X_labeled, y_labeled) # 在所有有标注数据上训练模型2 return clf1, clf2 ``` 最后,我们需要调用cotraining函数来训练分类器,并用测试集评估分类器的性能: ```python clf1, clf2 = cotraining(X_train, y_train, X_unlabeled, clf1, clf2) y_pred1 = clf1.predict(X_test) y_pred2 = clf2.predict(X_test) print("SVM Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred1)) print("Naive Bayes Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred2)) ``` cotraining算法的思想是利用两个不同的模型对数据进行预测,选取其中置信度较高的部分作为有标注数据加入到训练数据中,然后从未标注数据中选择一部分数据作为新的训练数据,不断重复这个过程,直到模型收敛或者达到预设的迭代次数。这个过程中,两个模型相互利用,互相补充信息,从而提高模型的泛化能力和性能。

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