利用R语言使用支持向量机实现MNIST手写数据集识别

时间: 2024-06-08 15:09:29 浏览: 116
MNIST手写数字数据集是一个经典的图像识别数据集,其中包含了60,000张训练图像和10,000张测试图像,每个图像都是28x28像素的灰度图像。支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是一种常见的分类模型,可以用于图像分类任务。在R语言中,我们可以使用`e1071`包中的`svm`函数来实现支持向量机的训练和预测。 首先,我们需要下载并导入MNIST数据集。可以通过以下代码实现: ```r library(RCurl) library(ggplot2) # 下载训练集和测试集 train_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-images-idx3-ubyte.gz" test_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-images-idx3-ubyte.gz" train_file <- basename(train_url) test_file <- basename(test_url) if (!file.exists(train_file)) download.file(train_url, train_file) if (!file.exists(test_file)) download.file(test_url, test_file) # 读取训练集和测试集的图像数据 train_images <- readBin(train_file, "raw", n = 16 * 16^6, size = 1) test_images <- readBin(test_file, "raw", n = 16 * 16^6, size = 1) train_images <- as.matrix(read.table(text = train_images, sep = " ", fill = TRUE)) test_images <- as.matrix(read.table(text = test_images, sep = " ", fill = TRUE)) # 将图像数据转化为28x28的矩阵 train_images <- array(train_images, dim = c(60000, 28, 28)) test_images <- array(test_images, dim = c(10000, 28, 28)) ``` 接下来,我们需要将图像数据转化为特征向量。一种常见的方法是将每个28x28的图像转化为一个784维的向量,即将图像中的每个像素值作为一个特征。可以通过以下代码实现: ```r # 将图像数据转化为特征向量 train_features <- matrix(train_images, nrow = 60000, ncol = 784) test_features <- matrix(test_images, nrow = 10000, ncol = 784) ``` 然后,我们需要将标签数据转化为分类变量。MNIST数据集中的标签是0到9之间的数字,可以使用`factor`函数将其转化为分类变量。可以通过以下代码实现: ```r # 读取训练集和测试集的标签数据 train_labels_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-labels-idx1-ubyte.gz" test_labels_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-labels-idx1-ubyte.gz" train_labels_file <- basename(train_labels_url) test_labels_file <- basename(test_labels_url) if (!file.exists(train_labels_file)) download.file(train_labels_url, train_labels_file) if (!file.exists(test_labels_file)) download.file(test_labels_url, test_labels_file) # 将标签数据转化为分类变量 train_labels <- readBin(train_labels_file, "raw", n = 6e4, size = 1) test_labels <- readBin(test_labels_file, "raw", n = 1e4, size = 1) train_labels <- as.numeric(train_labels) test_labels <- as.numeric(test_labels) train_labels <- factor(train_labels, levels = 0:9) test_labels <- factor(test_labels, levels = 0:9) ``` 现在我们可以使用`svm`函数训练支持向量机模型。可以通过以下代码实现: ```r # 训练支持向量机模型 model <- svm(train_features, train_labels, cost = 100, gamma = 0.01) # 预测测试集的标签 pred_labels <- predict(model, test_features) ``` 最后,可以使用`caret`包中的`confusionMatrix`函数计算模型的准确率和混淆矩阵。可以通过以下代码实现: ```r library(caret) # 计算准确率和混淆矩阵 cm <- confusionMatrix(pred_labels, test_labels) accuracy <- cm$overall["Accuracy"] print(paste("Accuracy:", accuracy)) print(cm$table) ``` 完整的代码如下: ```r library(RCurl) library(ggplot2) library(e1071) library(caret) # 下载训练集和测试集 train_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-images-idx3-ubyte.gz" test_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-images-idx3-ubyte.gz" train_file <- basename(train_url) test_file <- basename(test_url) if (!file.exists(train_file)) download.file(train_url, train_file) if (!file.exists(test_file)) download.file(test_url, test_file) # 读取训练集和测试集的图像数据 train_images <- readBin(train_file, "raw", n = 16 * 16^6, size = 1) test_images <- readBin(test_file, "raw", n = 16 * 16^6, size = 1) train_images <- as.matrix(read.table(text = train_images, sep = " ", fill = TRUE)) test_images <- as.matrix(read.table(text = test_images, sep = " ", fill = TRUE)) # 将图像数据转化为28x28的矩阵 train_images <- array(train_images, dim = c(60000, 28, 28)) test_images <- array(test_images, dim = c(10000, 28, 28)) # 将图像数据转化为特征向量 train_features <- matrix(train_images, nrow = 60000, ncol = 784) test_features <- matrix(test_images, nrow = 10000, ncol = 784) # 读取训练集和测试集的标签数据 train_labels_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-labels-idx1-ubyte.gz" test_labels_url <- "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-labels-idx1-ubyte.gz" train_labels_file <- basename(train_labels_url) test_labels_file <- basename(test_labels_url) if (!file.exists(train_labels_file)) download.file(train_labels_url, train_labels_file) if (!file.exists(test_labels_file)) download.file(test_labels_url, test_labels_file) # 将标签数据转化为分类变量 train_labels <- readBin(train_labels_file, "raw", n = 6e4, size = 1) test_labels <- readBin(test_labels_file, "raw", n = 1e4, size = 1) train_labels <- as.numeric(train_labels) test_labels <- as.numeric(test_labels) train_labels <- factor(train_labels, levels = 0:9) test_labels <- factor(test_labels, levels = 0:9) # 训练支持向量机模型 model <- svm(train_features, train_labels, cost = 100, gamma = 0.01) # 预测测试集的标签 pred_labels <- predict(model, test_features) # 计算准确率和混淆矩阵 cm <- confusionMatrix(pred_labels, test_labels) accuracy <- cm$overall["Accuracy"] print(paste("Accuracy:", accuracy)) print(cm$table) ``` 运行以上代码可以得到MNIST手写数字数据集的支持向量机分类器准确率和混淆矩阵。
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