绘制在简化版的SMO算法下生成的分类超平面,以及绘制在完整版的SMO算法下生成的分类超平面;数据集使用“testSet.txt”的python代码怎么写?

时间: 2024-03-18 16:39:26 浏览: 59
好的,我理解了您的问题。首先,让我来回答您的第一个问题: 在简化版的SMO算法下生成的分类超平面是一条直线,它的方程形式为: w * x + b = 0 其中,w是法向量,x是特征向量,b是偏置项。在简化版的SMO算法中,我们只需要维护一个alpha向量,来存储每个样本点的拉格朗日乘子。对于每次迭代,我们只需要选择两个alpha向量进行优化,然后根据这两个alpha向量更新法向量w和偏置项b即可。 在完整版的SMO算法下生成的分类超平面是一个非线性的超平面,它的方程形式为: f(x) = sum(alpha_i * y_i * K(x_i, x)) + b 其中,K(x_i, x)是核函数,用来计算两个样本点之间的相似度。在完整版的SMO算法中,我们需要维护一个alpha向量和一个E向量,来存储每个样本点的拉格朗日乘子和预测值与真实值之间的误差。对于每次迭代,我们需要选择两个alpha向量进行优化,并更新E向量和偏置项b。最终的分类超平面是由支持向量组成的。 接下来,让我来回答您的第二个问题: 要使用“testSet.txt”数据集,您可以采用以下Python代码: ``` import numpy as np # 加载数据集 def loadDataSet(fileName): dataMat = [] labelMat = [] fr = open(fileName) for line in fr.readlines(): lineArr = line.strip().split('\t') dataMat.append([float(lineArr[0]), float(lineArr[1])]) labelMat.append(float(lineArr[2])) return dataMat, labelMat # 核函数 def kernelTrans(X, A, kTup): m, n = np.shape(X) K = np.mat(np.zeros((m, 1))) if kTup[0] == 'lin': K = X * A.T elif kTup[0] == 'rbf': for j in range(m): deltaRow = X[j, :] - A K[j] = deltaRow * deltaRow.T K = np.exp(K / (-1 * kTup[1]**2)) else: raise NameError('Kernel not recognized') return K # SMO算法 class optStruct: def __init__(self, dataMatIn, classLabels, C, toler, kTup): self.X = dataMatIn self.labelMat = classLabels self.C = C self.tol = toler self.m = np.shape(dataMatIn)[0] self.alphas = np.mat(np.zeros((self.m, 1))) self.b = 0 self.eCache = np.mat(np.zeros((self.m, 2))) self.K = np.mat(np.zeros((self.m, self.m))) for i in range(self.m): self.K[:, i] = kernelTrans(self.X, self.X[i, :], kTup) def calcEk(self, k): fXk = float(np.multiply(self.alphas, self.labelMat).T * self.K[:, k] + self.b) Ek = fXk - float(self.labelMat[k]) return Ek def selectJrand(self, i): j = i while (j == i): j = int(np.random.uniform(0, self.m)) return j def selectJ(self, i, Ei): maxK = -1 maxDeltaE = 0 Ej = 0 self.eCache[i] = [1, Ei] validEcacheList = np.nonzero(self.eCache[:, 0].A)[0] if (len(validEcacheList)) > 1: for k in validEcacheList: if k == i: continue Ek = self.calcEk(k) deltaE = abs(Ei - Ek) if (deltaE > maxDeltaE): maxK = k maxDeltaE = deltaE Ej = Ek return maxK, Ej else: j = self.selectJrand(i) Ej = self.calcEk(j) return j, Ej def updateEk(self, k): Ek = self.calcEk(k) self.eCache[k] = [1, Ek] def innerL(self, i): Ei = self.calcEk(i) if (((self.labelMat[i] * Ei < -self.tol) and (self.alphas[i] < self.C)) or ((self.labelMat[i] * Ei > self.tol) and (self.alphas[i] > 0))): j, Ej = self.selectJ(i, Ei) alphaIold = self.alphas[i].copy() alphaJold = self.alphas[j].copy() if (self.labelMat[i] != self.labelMat[j]): L = max(0, self.alphas[j] - self.alphas[i]) H = min(self.C, self.C + self.alphas[j] - self.alphas[i]) else: L = max(0, self.alphas[j] + self.alphas[i] - self.C) H = min(self.C, self.alphas[j] + self.alphas[i]) if L == H: print("L==H"); return 0 eta = 2.0 * self.K[i, j] - self.K[i, i] - self.K[j, j] if eta >= 0: print("eta>=0"); return 0 self.alphas[j] -= self.labelMat[j] * (Ei - Ej) / eta self.alphas[j] = self.clipAlpha(self.alphas[j], H, L) self.updateEk(j) if (abs(self.alphas[j] - alphaJold) < 0.00001): print("j not moving enough"); return 0 self.alphas[i] += self.labelMat[j] * self.labelMat[i] * (alphaJold - self.alphas[j]) self.updateEk(i) b1 = self.b - Ei - self.labelMat[i] * (self.alphas[i] - alphaIold) * self.K[i, i] - self.labelMat[j] * (self.alphas[j] - alphaJold) * self.K[i, j] b2 = self.b - Ej - self.labelMat[i] * (self.alphas[i] - alphaIold) * self.K[i, j] - self.labelMat[j] * (self.alphas[j] - alphaJold) * self.K[j, j] if (0 < self.alphas[i]) and (self.C > self.alphas[i]): self.b = b1 elif (0 < self.alphas[j]) and (self.C > self.alphas[j]): self.b = b2 else: self.b = (b1 + b2) / 2.0 return 1 else: return 0 def clipAlpha(self, aj, H, L): if aj > H: aj = H if L > aj: aj = L return aj def smoP(self, maxIter, kTup): iter = 0 entireSet = True alphaPairsChanged = 0 while (iter < maxIter) and ((alphaPairsChanged > 0) or (entireSet)): alphaPairsChanged = 0 if entireSet: for i in range(self.m): alphaPairsChanged += self.innerL(i) print("fullSet, iter: %d i:%d, pairs changed %d" % (iter, i, alphaPairsChanged)) iter += 1 else: nonBoundIs = np.nonzero((self.alphas.A > 0) * (self.alphas.A < self.C))[0] for i in nonBoundIs: alphaPairsChanged += self.innerL(i) print("non-bound, iter: %d i:%d, pairs changed %d" % (iter, i, alphaPairsChanged)) iter += 1 if entireSet: entireSet = False elif (alphaPairsChanged == 0): entireSet = True print("iteration number: %d" % iter) return self.b, self.alphas # 绘制分类超平面 def plotSVM(dataMat, labelMat, alphas, b): import matplotlib.pyplot as plt # 绘制样本点 data_plus = [] data_minus = [] for i in range(len(dataMat)): if labelMat[i] > 0: data_plus.append(dataMat[i]) else: data_minus.append(dataMat[i]) data_plus_np = np.array(data_plus) data_minus_np = np.array(data_minus) plt.scatter(np.transpose(data_plus_np)[0], np.transpose(data_plus_np)[1]) plt.scatter(np.transpose(data_minus_np)[0], np.transpose(data_minus_np)[1]) # 绘制超平面 x1 = np.max(dataMat, axis=0)[0] x2 = np.min(dataMat, axis=0)[0] a1, a2 = alphas.A w = np.dot(np.multiply(a1, labelMat).T, dataMat) - np.dot(np.multiply(a2, labelMat).T, dataMat) b = labelMat[0] - np.dot(w, dataMat[0]) y1, y2 = (-b - w[0, 0] * x1) / w[0, 1], (-b - w[0, 0] * x2) / w[0, 1] plt.plot([x1, x2], [y1, y2]) # 绘制支持向量 for i, alpha in enumerate(alphas): if abs(alpha) > 0: x, y = dataMat[i] plt.scatter([x], [y], s=150, linewidth=1, facecolors='none', edgecolors='red') plt.show() # 测试 dataArr, labelArr = loadDataSet('testSet.txt') b, alphas = smoP(dataArr, labelArr, 0.6, 0.001, 40, ('rbf', 1.3)) plotSVM(dataArr, labelArr, alphas, b) ``` 这段代码包含了加载数据集、核函数、SMO算法、绘制分类超平面等部分。您只需要将代码中的“testSet.txt”替换成您自己的数据集文件名即可。 希望这些回答能够对您有所帮助!
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