EMD距离 python

EMD（Earth Mover's Distance）距离是一种用于衡量两个概率分布之间差异性的度量方式。它衡量的是将一个分布转换成另一个分布的最小代价，其中代价指的是将一个单位的质量从一个分布移动到另一个分布所需的成本。EMD距离在计算机视觉和自然语言处理等领域得到了广泛应用。

在Python中，可以使用Scipy库中的emd函数来计算EMD距离。例如，如果有两个分布P和Q，可以使用如下代码计算它们之间的EMD距离：

from scipy.stats import wasserstein_distance
import numpy as np

P = np.array([0.2, 0.3, 0.1, 0.4])
Q = np.array([0.1, 0.2, 0.5, 0.2])

emd_dist = wasserstein_distance(P, Q)
print('EMD距离为：', emd_dist)

相关问题

emd分解 python

EMD (Earth Mover's Distance) 是一种用于比较两个概率分布相似度的方法。其分解的过程包含以下几个步骤：

1. 首先需要导入相应的库：numpy 和 cv2

import numpy as np
import cv2

2. 定义两个概率分布

P = np.array([0.25, 0.25, 0.25, 0.25])
Q = np.array([0.1, 0.3, 0.2, 0.4])

3. 计算样本的距离矩阵

D = np.zeros((4, 4))
for i in range(4):
    for j in range(4):
        D[i,j] = abs(i-j)

4. 计算EMD分解

cv2.EMD(P, Q, D)

其中，P 和 Q 是两个概率分布，D 是样本的距离矩阵。EMD 返回的是两个分布之间的距离，表示将一个分布变成另一个分布所需的最小代价。

EMD分解python代码

EMD（Earth Mover's Distance）是一种衡量两个概率分布相似度的方法。其核心思想是将一个分布通过一系列步骤转化为另一个分布，每个步骤都有一个成本，最终计算所有步骤的成本之和作为两个分布的距离。

下面是使用Python实现EMD分解的代码：

import numpy as np

def emd(distribution1, distribution2, cost_matrix):
    # 计算两个分布的累积分布函数
    cdf1 = np.cumsum(distribution1)
    cdf2 = np.cumsum(distribution2)
    
    # 初始化一个全零的流量矩阵
    flow = np.zeros(cost_matrix.shape)
    
    # 当前分布的累积质量和
    mass1 = 0
    mass2 = 0
    
    # 遍历所有的成本矩阵元素
    for i in range(cost_matrix.shape[0]):
        for j in range(cost_matrix.shape[1]):
            # 如果已经有流量了，跳过
            if flow[i,j] > 0:
                continue
            
            # 计算从i到j的最小成本路径
            path_cost, path = find_path(cost_matrix, flow, cdf1, cdf2, i, j)
            
            # 计算沿该路径的最大可用流量
            max_flow = min(distribution1[path[0]] - mass1, distribution2[path[-1]] - mass2)
            
            # 在路径上增加流量
            for k in range(len(path)-1):
                flow[path[k], path[k+1]] += max_flow
            
            # 更新累积质量和
            mass1 += max_flow
            mass2 += max_flow
            
            # 如果已经匹配完毕，跳出循环
            if mass1 == np.sum(distribution1) and mass2 == np.sum(distribution2):
                break
    
    # 计算总成本
    total_cost = np.sum(flow * cost_matrix)
    
    return total_cost, flow

def find_path(cost_matrix, flow, cdf1, cdf2, i, j):
    # 计算从i到j的路径成本
    path_cost = cost_matrix[i,j] + cdf1[i] - cdf1[j] - cdf2[j] + cdf2[i]
    
    # 如果路径成本为0，说明已经达到最优解
    if path_cost == 0:
        return 0, [i, j]
    
    # 初始化一个队列，用于广度优先搜索
    queue = [(i, j)]
    
    # 初始化一组空间，用于记录路径
    path_set = {(i, j): []}
    
    # 开始广度优先搜索
    while len(queue) > 0:
        # 弹出队列中的第一个元素
        curr = queue.pop(0)
        
        # 遍历所有可能的下一步
        for next_node in get_next_nodes(curr, cost_matrix.shape[0], cost_matrix.shape[1]):
            # 如果没有增广路，跳过
            if flow[next_node] >= 1:
                continue
            
            # 计算到下一个节点的路径成本
            next_cost = cost_matrix[curr] + cdf1[curr[0]] - cdf1[next_node[0]] - cdf2[next_node[1]] + cdf2[curr[1]]
            
            # 如果路径成本相等，将节点加入队列中
            if next_cost == path_cost:
                queue.append(next_node)
                path_set[next_node] = path_set[curr] + [next_node]
    
    # 返回最小成本路径及其成本
    return path_cost, path_set[(i, j)]

def get_next_nodes(node, n_rows, n_cols):
    # 计算下一个节点可能的坐标
    next_nodes = []
    if node[0] < n_rows - 1:
        next_nodes.append((node[0]+1, node[1]))
    if node[0] > 0:
        next_nodes.append((node[0]-1, node[1]))
    if node[1] < n_cols - 1:
        next_nodes.append((node[0], node[1]+1))
    if node[1] > 0:
        next_nodes.append((node[0], node[1]-1))
    return next_nodes

该代码实现了EMD分解算法的核心逻辑。其中，emd函数接受两个分布和一个成本矩阵作为输入，计算两个分布之间的EMD距离和最优的流量矩阵。主要步骤包括计算累积分布函数、初始化流量矩阵、遍历成本矩阵、查找最小成本路径、更新流量矩阵、计算总成本等。find_path函数实现了广度优先搜索查找最小成本路径的逻辑，get_next_nodes函数计算一个节点可能的下一步坐标。