1.实验过程省略灰度化处理过程，用已经处理好的txt数据进行训练
3.jpg
from PIL import Image
def imgtotxt(imgfile,txtfile,size = (32,32)):
image_file = Image.open(imgfile).resize(size,Image.LANCZOS).convert('L')
width,height = image_file.size
f = open(txtfile,'w')
ascii_char = '10'
for i in range(height):
pix_char = ''
for j in range(width):
pixe1 = image_file.getpixel((j,i))
pix_char += ascii_char[int(pixe1/128)]
pix_char += '\n'
f.write(pix_char)
f.close()
imgtotxt('3.jpg','3_0.txt')
'''
3_0.txt
00000000000000000000000000000000
00000000000001111100000000000000
00000000111111111111111100000000
00000111111111111111111111000000
00011111111100000111111111100000
00011111000000000000111111110000
00011000000000000000001111111000
00000000000000000000000111111000
00000000000000000000000111111000
00000000000000000000000111111000
00000000000000000000000111111000
00000000000000000000001111110000
00000000000000000000011111110000
00000000000000000000111111100000
00000000000000000111111110000000
00000001111111111111100000000000
00000001111111111111110000000000
00000000111111111111111111000000
00000000000000000000111111110000
00000000000000000000000111111100
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00000000000000000000000001111110
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00000000000000000000000000111110
00000000000000000000000001111110
00000000000000000000000001111110
00000000000000000000000011111100
00111000000000000000000111111100
00111111100000000000111111111000
00111111111111111111111111100000
00001111111111111111111110000000
00000000011111111111100000000000
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2.数据预处理：txt2arry 函数将文本文件转换为 NumPy 数组，每个文件代表一个手写数字的图像，图像大小为 32x32 像素。
3.数据集构建：convert2dataset 函数从指定文件夹中读取所有文件，转换为数据集和标签。数据集中的每个样本都是一个 1x1024 的数组，标签是从文件名中提取的第一个字符。
4.模型训练：使用 KNeighborsClassifier 类训练 KNN 模型。模型参数 n_neighbors=43 表示考虑 43 个最近邻，weights='distance' 表示在投票时考虑距离的权重，p=2 表示使用欧氏距离。
5.模型评估：计算训练集上的准确率，并使用 classification_report 打印测试集的分类报告。
6.错误分析：找到第一个标签为 8 的样本，检查其预测结果，并打印出预测错误的样本。
7.混淆矩阵：使用 confusion_matrix 和 pd.crosstab 打印混淆矩阵，以评估模型的性能。
8.参数调优：测试不同的 k 值（奇数）对模型性能的影响，并绘制训练集和测试集准确率随 k 值变化的图表。
import os
import numpy as np
#将文本文件转换为 NumPy 数组。
def txt2arry(filename):
#创建了一个形状为 (1, 1024) 的全零数组，用于存储转换后的数据
x = np.zeros((1,1024))
f = open(filename)
for i in range(32):
lineStr = f.readline()
for j in range(32):
#将每个字符转换为整数，并存储在数组 x 的相应位置
x[0,32*i+j] = int(lineStr[j])
return x
#从指定文件夹中读取所有文件，转换为数据集和标签。
def convert2dataset(file_path):
#获取指定文件夹中的所有文件名
list_file = os.listdir(file_path)
'''
m 是文件的数量。
datas 是一个形状为 (m, 1024)
的全零数组，用于存储转换后的数据。
labels 是一个空列表，用于存储标签
'''
m = len(list_file)
datas = np.zeros((m,1024))
labels = []
for i in range(m):
#num = int(list_file[i][0]) 从文件名
#中提取第一个字符并转换为整数，作为标签
num = int(list_file[i][0])
labels.append(num)
#调用 txt2arry 函数将文件内容转换为数组，
#并存储在 datas 的相应行中
datas[i,:] = txt2arry(file_path+'\\'+list_file[i])
return datas,labels
x_train,y_train = convert2dataset('trainingDigits')
x_test,y_test = convert2dataset('testDigits')
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
#使用 KNeighborsClassifier 训练模型。
knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=43,weights='distance',p=2)
knn.fit(x_train,y_train)
#计算训练集上的准确率。
score = (knn.score(x_train,y_train))
print('pricise = ',score)
#使用 classification_report 打印测试集的分类报告
from sklearn.metrics import classification_report
y_pred = knn.predict(x_test)
print(classification_report(y_test,y_pred))
#找到第一个标签为 8 的样本，检查其预测结果
i = y_test.index(8)
for j in range(91):
if(y_test[i+j] != y_pred[i+j]):
#打印出预测错误的样本
print('{}[{}]->{}'.format(y_test[i+j],j,y_pred[i+j]))
#使用 confusion_matrix 和 pd.crosstab 打印混淆矩阵
import pandas as pd
from sklearn.metrics import confusion_matrix
y_test = np.array(y_test)
cm = confusion_matrix(y_test,y_pred)
cm_df = pd.crosstab(y_test,y_pred,rownames=['真实值'],colnames=['预测值'],margins=True)
print(cm,cm_df,sep='\n')
#测试不同的 k 值（奇数）对模型性能的影响。
#绘制训练集和测试集准确率随 k 值变化的图表
neighbors = []
for i in range(13,45):
if i%2 == 1:
neighbors.append(i)
train_accuracy = np.empty(len(neighbors))
test_accuracy = np.empty(len(neighbors))
for i,k in enumerate(neighbors):
knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k,weights='distance',p=2)
knn.fit(x_train,y_train)
train_accuracy[i] = round(knn.score(x_train,y_train),2)
test_accuracy[i] = round(knn.score(x_test,y_test),2)
from matplotlib import pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.title('k值的变化对准确率的影响')
plt.plot(neighbors,train_accuracy,label='训练样本的准确率')
plt.plot(neighbors,test_accuracy,label='测试样本的准确率')
plt.legend()
plt.xlabel('最近邻k字值')
plt.ylabel('准确率值')
plt.show()
#后期可以遍历找出acc最值时k值
#k 代表的是在进行分类决策时考虑的最近邻的数量
'''
E:\平常学习代码包\mechine_learning\knn_num\.venv\Scripts\python.exe E:\平常学习代码包\mechine_learning\knn_num\knn_Num.py
pricise = 1.0
precision recall f1-score support
0 0.99 1.00 0.99 87
1 0.88 0.97 0.92 97
2 0.95 0.96 0.95 92
3 0.95 0.94 0.95 85
4 1.00 0.93 0.96 114
5 1.00 0.94 0.97 108
6 0.97 1.00 0.98 87
7 0.92 1.00 0.96 96
8 0.96 0.86 0.91 91
9 0.91 0.93 0.92 89
accuracy 0.95 946
macro avg 0.95 0.95 0.95 946
weighted avg 0.95 0.95 0.95 946
8[1]->3
8[3]->6
8[13]->2
8[28]->6
8[29]->1
8[30]->1
8[31]->1
8[33]->1
8[40]->1
8[47]->6
8[59]->1
8[62]->1
8[79]->1
[[ 87 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
[ 0 94 2 0 0 0 0 1 0 0]
[ 0 1 88 0 0 0 0 2 0 1]
[ 0 0 2 80 0 0 0 0 2 1]
[ 1 2 0 0 106 0 0 3 1 1]
[ 0 0 0 1 0 102 0 0 0 5]
[ 0 0 0 0 0 0 87 0 0 0]
[ 0 0 0 0 0 0 0 96 0 0]
[ 0 8 1 1 0 0 3 0 78 0]
[ 0 2 0 2 0 0 0 2 0 83]]
预测值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 All
真实值
0 87 0 0 0 0 0 0 0 0 0 87
1 0 94 2 0 0 0 0 1 0 0 97
2 0 1 88 0 0 0 0 2 0 1 92
3 0 0 2 80 0 0 0 0 2 1 85
4 1 2 0 0 106 0 0 3 1 1 114
5 0 0 0 1 0 102 0 0 0 5 108
6 0 0 0 0 0 0 87 0 0 0 87
7 0 0 0 0 0 0 0 96 0 0 96
8 0 8 1 1 0 0 3 0 78 0 91
9 0 2 0 2 0 0 0 2 0 83 89
All 88 107 93 84 106 102 90 104 81 91 946
'''
