python实现将核方法运用到感知器算法中

时间: 2024-03-26 20:39:23 浏览: 64
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Python实现感知器算法

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感知器算法是一种基于线性分类器的简单机器学习算法,它可以用来解决二元分类问题。核方法是一种将低维空间中的数据映射到高维空间中进行分类的方法。将核方法运用到感知器算法中,可以使得感知器算法可以处理非线性可分的数据。 具体实现可以参考以下步骤: 1.引入必要的库和模块 ```python import numpy as np from sklearn.datasets import make_circles from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.preprocessing import StandardScaler ``` 2.生成数据集 ```python X, y = make_circles(n_samples=1000, factor=.1, noise=.1, random_state=42) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, random_state=42) ``` 3.数据预处理 ```python scaler = StandardScaler() X_train = scaler.fit_transform(X_train) X_test = scaler.transform(X_test) ``` 4.定义感知器算法 ```python class Perceptron: def __init__(self, lr=0.01, n_iters=1000): self.lr = lr self.n_iters = n_iters self.activation_func = self._unit_step_func self.weights = None self.bias = None def fit(self, X, y): n_samples, n_features = X.shape # init parameters self.weights = np.zeros(n_features) self.bias = 0 y_ = np.array([1 if i > 0 else 0 for i in y]) # gradient descent for _ in range(self.n_iters): for idx, x_i in enumerate(X): linear_output = np.dot(x_i, self.weights) + self.bias y_predicted = self.activation_func(linear_output) update = self.lr * (y_[idx] - y_predicted) self.weights += update * x_i self.bias += update def predict(self, X): linear_output = np.dot(X, self.weights) + self.bias y_predicted = self.activation_func(linear_output) return y_predicted def _unit_step_func(self, x): return np.where(x >= 0, 1, 0) ``` 5.定义核函数 ```python def rbf_kernel(X1, X2, gamma): """ RBF kernel Parameters ---------- X1 : numpy.ndarray Input data X2 : numpy.ndarray Input data gamma : float Kernel parameter Returns ------- numpy.ndarray Kernel matrix """ n_samples_1, n_features_1 = X1.shape n_samples_2, n_features_2 = X2.shape K = np.zeros((n_samples_1, n_samples_2)) for i, x_i in enumerate(X1): for j, x_j in enumerate(X2): diff = x_i - x_j K[i, j] = np.exp(-gamma * np.dot(diff, diff)) return K ``` 6.将核函数应用于感知器算法 ```python class KernelPerceptron: def __init__(self, lr=0.01, n_iters=1000, kernel_func=rbf_kernel, gamma=1): self.lr = lr self.n_iters = n_iters self.kernel_func = kernel_func self.gamma = gamma self.activation_func = self._unit_step_func self.alpha = None self.bias = None self.X = None self.y = None def fit(self, X, y): n_samples, _ = X.shape self.alpha = np.zeros(n_samples) self.bias = 0 self.X = X self.y = y kernel_matrix = self.kernel_func(X, X, self.gamma) for _ in range(self.n_iters): for i in range(n_samples): linear_output = kernel_matrix[i] @ (self.alpha * self.y) + self.bias y_predicted = self.activation_func(linear_output) update = self.lr * (self.y[i] - y_predicted) self.alpha[i] += update support_vectors = self.alpha > 1e-5 self.alpha = self.alpha[support_vectors] self.support_vectors = X[support_vectors] self.support_vectors_y = y[support_vectors] self.bias = np.mean( [y_k - self.predict(x_k, get_raw_result=True) for (y_k, x_k) in zip(self.support_vectors_y, self.support_vectors)]) def predict(self, X, get_raw_result=False): kernel_output = self.kernel_func(self.support_vectors, X, self.gamma) prediction = np.sign((self.alpha * self.support_vectors_y) @ kernel_output + self.bias) if get_raw_result: return (self.alpha * self.support_vectors_y) @ kernel_output + self.bias return prediction def _unit_step_func(self, x): return np.where(x >= 0, 1, 0) ``` 7.训练和测试模型 ```python kernel_perceptron = KernelPerceptron(lr=0.01, n_iters=500, kernel_func=rbf_kernel, gamma=1) kernel_perceptron.fit(X_train, y_train) y_pred = kernel_perceptron.predict(X_test) accuracy = np.mean(y_pred == y_test) print(f"Accuracy: {accuracy}") ``` 这样,就可以将核方法应用到感知器算法中,处理非线性可分的数据。
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