人工智能00009 深度学习与图像识别书评09 图像分类识别预备
KNN算法将会比较测试图片与训练集中每一张图片，然后将它认为最相似的那个训练集图片的标签赋给这张测试图片。
那么，具体应该如何比较这两张图片呢？在本例中，比较图片就是比较28×28的像素块。最简单的方法就是逐个像素进行比较，最后将差异值全部加起来。
使用L1距离来进行比较。逐个像素求差值，然后将所有差值加起来得到一个数值。如果两张图片一模一样，那么L1距离为0，但是如果两张图片差别很大，那么，L1的值将会非常大。
3.验证KNN在MNIST上的效果 在实现算法之后，
我们需要验证MNIST数据集在KNN算法下的分类准确度，在“if__name__=='__main__'”下添加如下代码（不要忘记缩进）：
X_train = train_loader.dataset.train_data.numpy() #需要转为numpy矩阵
X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0],28*28)#需要reshape之后才能放入knn分类器
y_train = train_loader.dataset.train_labels.numpy()
X_test = test_loader.dataset.test_data[:1000].numpy()
X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0],28*28)
y_test = test_loader.dataset.test_labels[:1000].numpy()
num_test = y_test.shape[0]
y_test_pred = kNN_classify(5, 'M', X_train, y_train, X_test)
num_correct = np.sum(y_test_pred == y_test)
accuracy = float(num_correct) / num_test
print('Got %d / %d correct => accuracy: %f' % (num_correct, num_test, accuracy))
最后，我们运行代码，由运行结果可以看到准确率只有 Got 368/1000 correct=>accuracy：0.368000！这说明1000张图片中只有大约37张图片预测类别的结果是准确的。
先别气馁，我们之前不是刚说过可以使用数据预处理的技术吗？下面我们试一下如果在进行数据加载的时候尝试使用归一化，那么分类准确度是否会提高呢？
我们稍微修改下代码，主要是在将X_train和X_test放入KNN分类器之前先调用centralized，进行归一化处理，示例代码如下：
X_train = train_loader.dataset.train_data.numpy()
mean_image = getXmean(X_train)
X_train = centralized(X_train,mean_image)
y_train = train_loader.dataset.train_labels.numpy()
X_test = test_loader.dataset.test_data[:1000].numpy()
X_test = centralized(X_test,mean_image)
y_test = test_loader.dataset.test
_labels[:1000].numpy()
num_test = y_test.shape[0]
y_test_pred = kNN_classify(5, 'M', X_train, y_train, X_test)
num_correct = np.sum(y_test_pred == y_test)
accuracy = float(num_correct) / num_test
print('Got %d / %d correct => accuracy: %f' % (num_correct, num_test, accuracy))
下面再来看下输出结果的准确率：Got 951/1000 correct=>accuracy：0.951000， 95%算是不错的结果。
现在我们来看一看归一化后的图像是什么样子的，
代码如下： import matplotlib.pyplot as plt
mean_image = getXmean(X_train)
cdata = centralized(test_loader.dataset.test_data.numpy(),mean_image)
cdata = cdata.reshape(cdata.shape[0],28,28)
plt.imshow(cdata[0],cmap=plt.cm.binary)
plt.show()
print(test_loader.dataset.test_labels[0]) #输出的label为7
4.KNN代码整合
现在，我们再来回顾下KNN的算法实现，对于KNN算法来说，之前的实现代码虽然可用，但并不是按照面向对象的思路来编写的，在本例中，我们将之前的代码做一下改进。
代码的实现思路是：我
们可以创建一个fit方法来存储所有的图片以及与它们对应的标签。
伪代码如下： def fit(self,X_train,y_train):
return model 再创建一个predict方法，以预测输入图片最有可能匹配的标签：
def predict(self,k, dis, X_test):
#其中，k的选择范围为1~20，dis代表选择的是欧拉还是曼哈顿公式，X_test表示训练数据，函数返回的是预测的类别 return test_labels 下面我们来完善下KNN算法的封装（基于面向对象的思想来实现）。
我们将这个类命名为Knn（注意：这个类名的n是小写的）。
第一步，完善fit方法，fit方法主要是通过训练数据集来训练模型，在Knn类中，我们的实现思路是将训练集的数据与其对应的标签存储于内存中。
代码如下： def fit(self,X_train,y_train): #我 们统一下命名规范，X_train代表的是训练数据集，而y_train代表的是对应训练集数据的标签
self.Xtr = X_train
self.ytr = y_train
第二步，完善predict方法，predict方法可用于预测测试集的标签。具体的实现代码与之前的代码类似，只不过输入的参数只有k（代表的是k的选值），dis代表使用的是欧拉公式还是曼哈顿公式，X_test代表的是测试数据集； predict方法返回的是预测的标签集合。
代码如下（只包含了欧氏距离的实现）： def predict(self,k, dis, X_test):
assert dis == 'E' or dis == 'M', 'dis must E or M'
num_test = X_test.shape[0] #测试样本的数量
labellist = []
#使用欧拉公式作为距离度量
if (dis == 'E'):
for i in range(num_test):
distances = np.sqrt(np.sum(((self.Xtr - np.tile(X_test[i], (self.Xtr.shape[0], 1))) ** 2), axis=1))
nearest_k = np.argsort(distances)
topK = nearest_k[:k]
classCount = {}
for i in topK:
classCount[self.ytr[i]] = classCount.get(self.ytr[i], 0) + 1
sortedClassCount = sorted(classCount.items(), key=operator.itemgetter(1), reverse=True)
labellist.append(sortedClassCount[0][0])
return np.array(labellist)
最后，我们引入from ml.knn.demo.KnnClassify import Knn，使用MNIST数据集查看效果。
