UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)算法

UMAP算法概述

UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)是一种非线性降维技术,主要用于数据可视化和异常检测。它通过构建数据的拓扑图并优化低维表示,能够在保留数据结构和相对距离的同时,将高维数据映射到低维空间。

UMAP算法的工作原理

UMAP的核心原理是基于拓扑数据分析和流形学习。它使用图论和优化方法来构建数据的低维表示。具体步骤包括:

确定数据的邻近关系:UMAP首先计算数据点之间的邻近关系,可以使用k最近邻算法或基于距离的方法。

构建数据的拓扑图:UMAP使用邻近关系构建数据的拓扑图,其中数据点表示为节点,边表示数据点之间的连接关系。

优化低维表示:UMAP使用随机梯度下降方法优化数据的低维表示,旨在最小化高维空间和低维空间中数据点之间的拓扑差异2。

UMAP算法的应用场景

UMAP在多个领域有着广泛的应用,包括但不限于:

数据可视化:UMAP能够将高维数据映射到低维空间,生成易于理解的图形表示。

异常检测:通过识别数据流形中的异常点,UMAP有助于提高异常检测的准确性。

特征选择:UMAP可以帮助识别和选择最重要的特征,简化模型并提高性能。

代码

python 复制代码
# !pip install umap-learn

import umap
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_digits

# 加载示例数据集(手写数字数据集)
digits = load_digits()
data = digits.data
labels = digits.target

# 使用UMAP进行降维
# n_neighbors: 控制局部结构的邻近点数量
# n_components: 降维后的维度(通常为2或3)
# metric: 距离度量方式(默认欧氏距离)
reducer = umap.UMAP(n_neighbors=15, n_components=2, metric='euclidean')
embedding = reducer.fit_transform(data)

# 可视化降维结果
plt.figure(figsize=(10, 8))
plt.scatter(embedding[:, 0], embedding[:, 1], c=labels, cmap='Spectral', s=5)
plt.colorbar(boundaries=range(11)).set_ticks(range(10))
plt.title('UMAP Projection of the Digits Dataset', fontsize=14)
plt.xlabel('UMAP Component 1')
plt.ylabel('UMAP Component 2')
plt.show()

运行结果

相关推荐
吴佳浩5 小时前
Python入门指南(六) - 搭建你的第一个YOLO检测API
人工智能·后端·python
superman超哥6 小时前
仓颉语言中基本数据类型的深度剖析与工程实践
c语言·开发语言·python·算法·仓颉
Learner__Q7 小时前
每天五分钟:滑动窗口-LeetCode高频题解析_day3
python·算法·leetcode
————A7 小时前
强化学习----->轨迹、回报、折扣因子和回合
人工智能·python
阿昭L7 小时前
leetcode链表相交
算法·leetcode·链表
闻缺陷则喜何志丹7 小时前
【计算几何】仿射变换与齐次矩阵
c++·数学·算法·矩阵·计算几何
liuyao_xianhui7 小时前
0~n-1中缺失的数字_优选算法(二分查找)
算法
徐先生 @_@|||8 小时前
(Wheel 格式) Python 的标准分发格式的生成规则规范
开发语言·python
Mqh1807628 小时前
day45 简单CNN
python
hmbbcsm8 小时前
python做题小记(八)
开发语言·c++·算法