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人工智能和机器学习之分类算法:K 近邻算法(KNN):
KNN 在文本分类中的应用
1 人工智能和机器学习之分类算法:K 近邻算法(KNN)在
文本分类中的应用
1.1 简介
1.1.1 K 近邻算法的历史背景
K 近邻算法(K-Nearest Neighbors, KNN)是一种基本的分类与回归方法,最早
由 Fix 和 Hodges 在 1951 年提出。它基于一个简单的思想:相似的实例应该有
相似的输出。在文本分类中,KNN 通过计算待分类文本与已知类别的文本之间
的相似度,来预测待分类文本的类别。
1.1.2 KNN 算法的基本概念
KNN 算法的核心是“近邻”概念,即在特征空间中,一个样本的邻居是离
它距离最近的 k 个样本。这里的 k 是一个正整数,是用户定义的参数。算法通
过测量不同特征值之间的距离进行分类。
1.1.3 KNN 算法的工作原理
1. 收集数据:获取训练数据集,通常包括已分类的文本实例。
2. 准备数据:将文本转换为数值特征向量,例如使用词袋模型或 TF-
IDF。
3. 选择 k 值:确定 k 的大小,k 值的选择对分类结果有重要影响。
4. 计算距离:对于待分类的文本,计算其与训练数据集中每个文本
的距离。
5. 找到 k 个最近邻:从距离最近的文本中选择 k 个。
6. 决策:根据这 k 个最近邻的类别,采用多数表决的方式决定待分
类文本的类别。
1.1.4 KNN 算法在文本分类中的重要性
在文本分类中,KNN 算法的非参数性质使其能够适应各种类型的文本数据,
无需对数据分布做出假设。此外,KNN 算法的实现相对简单,易于理解和应用,
特别适合于初学者和小规模数据集的分类任务。
2
1.2 KNN 算法的优缺点分析
1.2.1 优点
1. 易于理解和实现:KNN 算法的原理直观,实现简单。
2. 非参数方法:不需要假设数据的分布,适用于各种类型的数据。
3. 适应性强:能够处理多分类问题,且对于新类别的出现具有较好
的适应性。
1.2.2 缺点
1. 计算成本高:对于大规模数据集,计算每个待分类文本与所有训
练文本的距离非常耗时。
2. 存储需求大:需要存储所有训练数据,随着数据集的增大,存储
成本增加。
3. k 值选择敏感:k 值的选择对分类结果有显著影响,选择不当可能
导致分类性能下降。
1.3 示例:KNN 在文本分类中的应用
假设我们有一组文本数据,需要将其分类为“体育”、“科技”和“娱乐”
三个类别。我们将使用 Python 的 scikit-learn 库来实现 KNN 算法。
1.3.1 数据准备
首先,我们需要将文本数据转换为数值特征向量。这里我们使用词袋模型。
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
#
训练数据
train_data = [
"篮球比赛非常激烈",
"最新的科技新闻",
"电影明星出席活动",
"足球赛结果出乎意料",
"科技公司发布新产品",
"娱乐新闻头条"
]
#
训练数据的类别
train_labels = ['体育', '科技', '娱乐', '体育', '科技', '娱乐']
#
创建
CountVectorizer
对象
3
vectorizer = CountVectorizer()
#
将文本数据转换为特征向量
train_vectors = vectorizer.fit_transform(train_data)
1.3.2 KNN 模型训练
接下来,我们使用 KNeighborsClassifier 类来训练 KNN 模型。
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
#
创建
KNN
分类器对象,这里选择
k=3
knn = KNeighborsClassifier(n_neighbors=3)
#
使用训练数据和标签训练模型
knn.fit(train_vectors, train_labels)
1.3.3 预测新文本
现在,我们可以使用训练好的模型来预测新文本的类别。
#
新的文本数据
new_data = ["科技巨头宣布新计划", "篮球明星的最新动态"]
#
将新文本转换为特征向量
new_vectors = vectorizer.transform(new_data)
#
使用
KNN
模型预测新文本的类别
predictions = knn.predict(new_vectors)
#
输出预测结果
print(predictions) #
输出可能为
['
科技
', '
体育
']
1.3.4 代码解释
1. 数据准备:使用 CountVectorizer 将文本数据转换为词袋模型的特
征向量。
2. 模型训练:创建 KNeighborsClassifier 对象,并使用训练数据和标
签进行训练。
3. 预测新文本:将新的文本数据转换为特征向量,并使用训练好的
KNN 模型进行预测。
通过这个示例,我们可以看到 KNN 算法在文本分类中的应用过程,从数据
准备到模型训练,再到新文本的预测。KNN 算法的简单性和直观性使其成为文
本分类任务中一个值得尝试的选择。
4
2 文本预处理
2.1 文本预处理的必要性
在进行文本分类之前,文本预处理是必不可少的步骤。原始文本数据通常
包含大量噪音,如 HTML 标签、标点符号、停用词等,这些噪音会干扰模型的
学习过程,降低分类的准确性。此外,文本数据的非结构化特性要求我们将其
转换为机器学习算法可以理解的数值特征。因此,文本预处理包括了文本清洗、
分词、词向量化等关键步骤,以确保输入到 K 近邻算法的数据是干净、结构化
的。
2.2 文本清洗
2.2.1 目的
文本清洗的目的是去除文本中的噪音,如 HTML 标签、数字、标点符号等,
保留对分类任务有用的信息。
2.2.2 示例代码
import re
def clean_text(text):
"""
清洗文本,去除
HTML
标签、数字、标点符号。
"""
#
去除
HTML
标签
text = re.sub(r'<[^>]+>', '', text)
#
去除数字
text = re.sub(r'\d+', '', text)
#
去除标点符号
text = re.sub(r'[^\w\s]', '', text)
return text
#
示例文本
text = "这是一个测试文本,包含 HTML 标签<p>和数字 12345!"
#
清洗文本
cleaned_text = clean_text(text)
print(cleaned_text)
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kkchenjj
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