基于距离的学习

用 Python 设计机器学习工作流

Dr. Chris Anagnostopoulos

Honorary Associate Professor

距离与相似度

from sklearn.neighbors import DistanceMetric as dm
dist = dm.get_metric('euclidean')

X = [[0,1], [2,3], [0,6]]
dist.pairwise(X)

array([[0.        , 2.82842712, 5.        ],
       [2.82842712, 0.        , 3.60555128],
       [5.        , 3.60555128, 0.        ]])

X = np.matrix(X)
np.sqrt(np.sum(np.square(X[0,:] - X[1,:])))

2.82842712
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非欧氏的局部离群因子

clf = LocalOutlierFactor(
    novelty=True, metric='chebyshev')
clf.fit(X_train)
y_pred = clf.predict(X_test)

dist = dm.get_metric('chebyshev')
X = [[0,1], [2,3], [0,6]]
dist.pairwise(X)

array([[0., 2., 5.],
       [2., 0., 3.],
       [5., 3., 0.]])

两个黑色点簇，夹杂一些孤立的红点。

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所有度量都相似吗？

Hamming 距离矩阵：

dist = dm.get_metric('hamming')
X = [[0,1], [2,3], [0,6]]
dist.pairwise(X)

array([[0. , 1. , 0.5],
       [1. , 0. , 1. ],
       [0.5, 1. , 0. ]])
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所有度量都相似吗？

from scipy.spatial.distance import pdist

X = [[0,1], [2,3], [0,6]]
pdist(X, 'cityblock')

array([4., 5., 5.])

from scipy.spatial.distance import \ 
    squareform
squareform(pdist(X, 'cityblock'))

array([[0., 4., 5.],
       [4., 0., 5.],
       [5., 5., 0.]])
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真实案例

Hepatitis 数据集：

   Class   AGE  SEX  STEROID    ...      
0    2.0  40.0  0.0      0.0    ...      
1    2.0  30.0  0.0      0.0    ...      
2    1.0  47.0  0.0      1.0    ...
1 https://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Hepatitis
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真实案例

欧氏距离：

squareform(pdist(X_hep, 'euclidean'))

[[  0.  127.   64.1]
 [127.    0.  128.2]
 [ 64.1 128.2   0. ]]
  • 1 最近的是 3：类别错误

Hamming 距离：

squareform(pdist(X_hep, 'hamming'))

[[0.  0.5 0.7]
 [0.5 0.  0.6]
 [0.7 0.6 0. ]]
  • 1 最近的是 2：类别正确
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