KNN-KD树

k最近邻(kNN)算法是一种分类与回归的方法,假设我们给定一个searching point,打算在训练数据集中找到一个与该searching point最近的k个数据点,利用多数表决确定这k个点所属的类,将该searching point归入到这个类里面。


kd树是k近邻的一种实现方法:为提高搜索效率

构造kd树

kd树是数据的一种存储结构,是一颗平衡二叉树,同时也是对数据所在空间的划分。就是把整个数据空间划分为几个部分,然后在特定的空间内进行操作。

kd树构造流程

算法直到需要被划分的子树为空是停止。

搜索最近邻:

输入:已经构造的kd树,测试样本x

输出:x的最近邻

a)如果kd树为空,返回null

b)进行二叉查找,在kd树中找到包含x的叶节点,并生成搜索路径:从根节点开始,递归的向下访问kd树。首先将节点压入表示搜索路径的栈中,如果目标点x当前维的坐标小于切分点的坐标,进入左子节点,否则进入右子节点。直到子节点为空。

c)回溯查找:

根据得到的搜索路径栈,栈顶的元素为“当前最近点”,将该元素出栈,并计算该点与x的距离d;

while 栈不空:

          栈顶元素出栈(父节点);

         以x为圆心,d为半径画圆,

         if 这个圆与该元素(父节点)对应的分割超平面相交:

                  计算该元素(父节点)和x的距离,

                           if小于d,则将该元素(父节点)更新为“当前最近点”,d也需要更新;

                  同时对元素(父节点)的另一半子空间的子树进行步骤b),搜索的点加入搜索路径,即压栈操作;

搜索k近邻:

方法:最大堆优先队列寻找k近邻

1)建立一个大小为k的最大堆

2)在寻找最近邻的算法中,每计算一次距离,将对应的样本和距离加入最大堆中,直到最大堆建立完成

3)while 寻找最近邻算法 是否 结束:

             继续寻找最近邻算法,并计算距离

             如果小于堆顶元素:

                          则替换,并维护最大堆

堆中的样本即为x的k个近邻。建立堆的时间是O(k),更新堆的时间为logk,总费时为费时O(k+(n-k)*logk)=O(n*logk)。

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