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快捷導(dǎo)航

Python中支持向量機SVM的使用方法詳解

更新時間：2017年12月26日 16:02:27 作者：陸瑤

這篇文章主要為大家詳細介紹了Python中支持向量機SVM的使用方法，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

除了在Matlab中使用PRTools工具箱中的svm算法，Python中一樣可以使用支持向量機做分類。因為Python中的sklearn庫也集成了SVM算法，本文的運行環(huán)境是Pycharm。

一、導(dǎo)入sklearn算法包

　　Scikit-Learn庫已經(jīng)實現(xiàn)了所有基本機器學(xué)習(xí)的算法，具體使用詳見官方文檔說明

　　skleran中集成了許多算法，其導(dǎo)入包的方式如下所示，

　　邏輯回歸：from sklearn.linear_model import LogisticRegression

樸素貝葉斯：from sklearn.naive_bayes import GaussianNB

　　K-近鄰：from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

　　決策樹：from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier

　　支持向量機：from sklearn import svm

二、sklearn中svc的使用

（1）使用numpy中的loadtxt讀入數(shù)據(jù)文件

　　loadtxt()的使用方法：

　　fname:文件路徑。eg：C:/Dataset/iris.txt。

　　dtype：數(shù)據(jù)類型。eg：float、str等。

　　delimiter：分隔符。eg：‘，'。

　　converters：將數(shù)據(jù)列與轉(zhuǎn)換函數(shù)進行映射的字典。eg：{1:fun}，含義是將第2列對應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)進行轉(zhuǎn)換。

　　usecols：選取數(shù)據(jù)的列。

　　以Iris蘭花數(shù)據(jù)集為例子：

　　由于從UCI數(shù)據(jù)庫中下載的Iris原始數(shù)據(jù)集的樣子是這樣的，前四列為特征列，第五列為類別列，分別有三種類別Iris-setosa， Iris-versicolor， Iris-virginica?！　　?/p>

當(dāng)使用numpy中的loadtxt函數(shù)導(dǎo)入該數(shù)據(jù)集時，假設(shè)數(shù)據(jù)類型dtype為浮點型，但是很明顯第五列的數(shù)據(jù)類型并不是浮點型。

因此我們要額外做一個工作，即通過loadtxt()函數(shù)中的converters參數(shù)將第五列通過轉(zhuǎn)換函數(shù)映射成浮點類型的數(shù)據(jù)。

首先，我們要寫出一個轉(zhuǎn)換函數(shù)：

def iris_type(s):
 it = {'Iris-setosa': 0, 'Iris-versicolor': 1, 'Iris-virginica': 2}
 return it[s]

接下來讀入數(shù)據(jù)，converters={4: iris_type}中“4”指的是第5列：

path = u'D:/f盤/python/學(xué)習(xí)/iris.data' # 數(shù)據(jù)文件路徑
data = np.loadtxt(path, dtype=float, delimiter=',', converters={4: iris_type})

讀入結(jié)果：

（2）將Iris分為訓(xùn)練集與測試集

x, y = np.split(data, (4,), axis=1)
x = x[:, :2]
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, random_state=1, train_size=0.6)

　　1. split(數(shù)據(jù)，分割位置，軸=1（水平分割） or 0（垂直分割）)。

　　2. x = x[:, :2]是為方便后期畫圖更直觀，故只取了前兩列特征值向量訓(xùn)練。

　　3. sklearn.model_selection.train_test_split隨機劃分訓(xùn)練集與測試集。train_test_split(train_data,train_target,test_size=數(shù)字, random_state=0)

　　參數(shù)解釋：

　　train_data：所要劃分的樣本特征集

　　train_target：所要劃分的樣本結(jié)果

　　test_size：樣本占比，如果是整數(shù)的話就是樣本的數(shù)量

　　random_state：是隨機數(shù)的種子。

　　隨機數(shù)種子：其實就是該組隨機數(shù)的編號，在需要重復(fù)試驗的時候，保證得到一組一樣的隨機數(shù)。比如你每次都填1，其他參數(shù)一樣的情況下你得到的隨機數(shù)組是一樣的。但填0或不填，每次都會不一樣。隨機數(shù)的產(chǎn)生取決于種子，隨機數(shù)和種子之間的關(guān)系遵從以下兩個規(guī)則：種子不同，產(chǎn)生不同的隨機數(shù)；種子相同，即使實例不同也產(chǎn)生相同的隨機數(shù)。

（3）訓(xùn)練svm分類器

# clf = svm.SVC(C=0.1, kernel='linear', decision_function_shape='ovr')
 clf = svm.SVC(C=0.8, kernel='rbf', gamma=20, decision_function_shape='ovr')
 clf.fit(x_train, y_train.ravel())

　　kernel='linear'時，為線性核，C越大分類效果越好，但有可能會過擬合（defaul C=1）。

　　 kernel='rbf'時（default），為高斯核，gamma值越小，分類界面越連續(xù)；gamma值越大，分類界面越“散”，分類效果越好，但有可能會過擬合。

　　decision_function_shape='ovr'時，為one v rest，即一個類別與其他類別進行劃分，

　　decision_function_shape='ovo'時，為one v one，即將類別兩兩之間進行劃分，用二分類的方法模擬多分類的結(jié)果。

（4）計算svc分類器的準(zhǔn)確率

print clf.score(x_train, y_train) # 精度
y_hat = clf.predict(x_train)
show_accuracy(y_hat, y_train, '訓(xùn)練集')
print clf.score(x_test, y_test)
y_hat = clf.predict(x_test)
show_accuracy(y_hat, y_test, '測試集')

結(jié)果為：

如果想查看決策函數(shù)，可以通過decision_function()實現(xiàn)

print 'decision_function:\n', clf.decision_function(x_train)
print '\npredict:\n', clf.predict(x_train)

結(jié)果為：

　　decision_function中每一列的值代表距離各類別的距離。

（5）繪制圖像

1.確定坐標(biāo)軸范圍，x，y軸分別表示兩個特征

x1_min, x1_max = x[:, 0].min(), x[:, 0].max() # 第0列的范圍
x2_min, x2_max = x[:, 1].min(), x[:, 1].max() # 第1列的范圍
x1, x2 = np.mgrid[x1_min:x1_max:200j, x2_min:x2_max:200j] # 生成網(wǎng)格采樣點
grid_test = np.stack((x1.flat, x2.flat), axis=1) # 測試點
# print 'grid_test = \n', grid_testgrid_hat = clf.predict(grid_test) 

# 預(yù)測分類值grid_hat = grid_hat.reshape(x1.shape) # 使之與輸入的形狀相同

這里用到了mgrid()函數(shù)，該函數(shù)的作用這里簡單介紹一下：

假設(shè)假設(shè)目標(biāo)函數(shù)F（x，y）=x+y。x軸范圍1~3，y軸范圍4~6，當(dāng)繪制圖像時主要分四步進行：

　　【step1：x擴展】(朝右擴展)：

[1 1 1]

　　 [2 2 2]

　　 [3 3 3]

　　【step2：y擴展】(朝下擴展)：

　　 [4 5 6]

　　【step3：定位（xi，yi）】：

　　 [(1,4) (1,5) (1,6)]

　　 [(2,4) (2,5) (2,6)]

　　 [(3,4) (3,5) (3,6)]

　　【step4：將（xi，yi）代入F(x,y)=x+y】

　　因此這里x1, x2 = np.mgrid[x1_min:x1_max:200j, x2_min:x2_max:200j]后的結(jié)果為：

　　再通過stack()函數(shù)，axis=1，生成測試點

2.指定默認字體

mpl.rcParams['font.sans-serif'] = [u'SimHei']
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

3.繪制

cm_light = mpl.colors.ListedColormap(['#A0FFA0', '#FFA0A0', '#A0A0FF'])
cm_dark = mpl.colors.ListedColormap(['g', 'r', 'b'])
plt.pcolormesh(x1, x2, grid_hat, cmap=cm_light)
plt.scatter(x[:, 0], x[:, 1], c=y, edgecolors='k', s=50, cmap=cm_dark) # 樣本
plt.scatter(x_test[:, 0], x_test[:, 1], s=120, facecolors='none', zorder=10) # 圈中測試集樣本
plt.xlabel(u'花萼長度', fontsize=13)
plt.ylabel(u'花萼寬度', fontsize=13)
plt.xlim(x1_min, x1_max)
plt.ylim(x2_min, x2_max)
plt.title(u'鳶尾花SVM二特征分類', fontsize=15)
# plt.grid()
plt.show()

pcolormesh(x,y,z,cmap)這里參數(shù)代入x1，x2，grid_hat，cmap=cm_light繪制的是背景。

scatter中edgecolors是指描繪點的邊緣色彩，s指描繪點的大小，cmap指點的顏色。

xlim指圖的邊界。

最終結(jié)果為：