分类算法 - KNN

一、定义

KNN全称K Near Neighbor,意思是k个最近的邻居,即每个样本都可以用它最接近的k个邻居来代表。
如下图,在K=1的范围内,目标点应该标为红色的正方形,在k=5的范围内,目标点应该标为蓝色的三角形。


image.png

二、算法过程

1) 计算已知类别数据集中的点与当前点之间的距离
2) 按距离递增次序排序
3) 选取与当前点距离最小的k个点
4) 统计前k个点所在的类别出现的频率
5) 返回前k个点出现频率最高的类别作为当前点的预测分类

那么这个算法的最重要的一点就是如何选取合适的k了

如果选择较小的K值,就相当于用较小的邻域中的训练实例进行预测,学习的近似误差会减小,只有与输入实例较近的训练实例才会对预测结果起作用,单缺点是学习的估计误差会增大,预测结果会对近邻的实例点分成敏感。如果邻近的实例点恰巧是噪声,预测就会出错。换句话说,K值减小就意味着整体模型变复杂,分的不清楚,就容易发生过拟合。

如果选择较大K值,就相当于用较大邻域中的训练实例进行预测,其优点是可以减少学习的估计误差,但近似误差会增大,也就是对输入实例预测不准确,K值得增大就意味着整体模型变的简单

ps:
(1)近似误差:可以理解为对现有训练集的训练误差。
近似误差关注训练集,如果k值小了会出现过拟合的现象,对现有的训练集能有很好的预测,但是对未知的测试样本将会出现较大偏差的预测。模型本身不是最接近最佳模型。

(2)估计误差:可以理解为对测试集的测试误差。
估计误差关注测试集,估计误差小了说明对未知数据的预测能力好。模型本身最接近最佳模型。

在应用中,K值一般取一个比较小的数值,通常采用交叉验证法来选取最优的K值。

三、优缺点

1、简单有效
2、重新训练代价低
3、算法复杂度低
4、适合类域交叉样本
5、适用大样本自动分类

缺点:
1、惰性学习
2、类别分类不标准化
3、输出可解释性不强
4、不均衡性
5、计算量较大

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