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#-*- coding: utf-8 -*-# Author: Bob# Date: 2016年11月24日import numpy as npfrom matplotlib import pyplot as pltfrom scipy import io as spiofrom sklearn.decomposition import pca'''主成分分析_2维数据降维1维演示函数'''def PCA_2D():data_2d = spio.loadmat("data.mat")X = data_2d['X']m = X.shape[0]plt = plot_data_2d(X,'bo') # 显示二维的数据plt.show()X_copy = X.copy()X_norm,mu,sigma = featureNormalize(X_copy) # 归一化数据#plot_data_2d(X_norm) # 显示归一化后的数据#plt.show()Sigma = np.dot(np.transpose(X_norm),X_norm)/m # 求SigmaU,S,V = np.linalg.svd(Sigma) # 求Sigma的奇异值分解plt = plot_data_2d(X,'bo') # 显示原本数据drawline(plt, mu, mu+S[0]*(U[:,0]), 'r-') # 线,为投影的方向plt.axis('square')plt.show()K = 1 # 定义降维多少维(本来是2维的,这里降维1维)'''投影之后数据(降维之后)'''Z = projectData(X_norm,U,K) # 投影'''恢复数据'''X_rec = recoverData(Z,U,K) # 恢复'''作图-----原数据与恢复的数据'''plt = plot_data_2d(X_norm,'bo')plot_data_2d(X_rec,'ro')for i in range(X_norm.shape[0]):drawline(plt, X_norm[i,:], X_rec[i,:], '--k')plt.axis('square')plt.show()'''主成分分析_PCA图像数据降维'''def PCA_faceImage():print (u'加载图像数据.....')data_image = spio.loadmat('data_faces.mat')X = data_image['X']display_imageData(X[0:100,:])m = X.shape[0] # 数据条数print (u'运行PCA....')X_norm,mu,sigma = featureNormalize(X) # 归一化Sigma = np.dot(np.transpose(X_norm),X_norm)/m # 求SigmaU,S,V = np.linalg.svd(Sigma) # 奇异值分解display_imageData(np.transpose(U[:,0:36])) # 显示U的数据print (u'对face数据降维.....')K = 100 # 降维100维(原先是32*32=1024维的)Z = projectData(X_norm, U, K)print (u'投影之后Z向量的大小:%d %d' %Z.shape)print (u'显示降维之后的数据......')X_rec = recoverData(Z, U, K) # 恢复数据display_imageData(X_rec[0:100,:])# 可视化二维数据def plot_data_2d(X,marker):plt.plot(X[:,0],X[:,1],marker)return plt# 归一化数据def featureNormalize(X):'''(每一个数据-当前列的均值)/当前列的标准差'''n = X.shape[1]mu = np.zeros((1,n));sigma = np.zeros((1,n))mu = np.mean(X,axis=0) # axis=0表示列sigma = np.std(X,axis=0)for i in range(n):X[:,i] = (X[:,i]-mu[i])/sigma[i]return X,mu,sigma# 映射数据def projectData(X_norm,U,K):Z = np.zeros((X_norm.shape[0],K))U_reduce = U[:,0:K] # 取前K个Z = np.dot(X_norm,U_reduce)return Z# 画一条线def drawline(plt,p1,p2,line_type):plt.plot(np.array([p1[0],p2[0]]),np.array([p1[1],p2[1]]),line_type)# 恢复数据def recoverData(Z,U,K):X_rec = np.zeros((Z.shape[0],U.shape[0]))U_recude = U[:,0:K]X_rec = np.dot(Z,np.transpose(U_recude)) # 还原数据(近似)return X_rec# 显示图片def display_imageData(imgData):sum = 0'''显示100个数(若是一个一个绘制将会非常慢,可以将要画的图片整理好,放到一个矩阵中,显示这个矩阵即可)- 初始化一个二维数组- 将每行的数据调整成图像的矩阵,放进二维数组- 显示即可'''m,n = imgData.shapewidth = np.int32(np.round(np.sqrt(n)))height = np.int32(n/width);rows_count = np.int32(np.floor(np.sqrt(m)))cols_count = np.int32(np.ceil(m/rows_count))pad = 1display_array = -np.ones((pad+rows_count*(height+pad),pad+cols_count*(width+pad)))for i in range(rows_count):for j in range(cols_count):max_val = np.max(np.abs(imgData[sum,:]))display_array[pad+i*(height+pad):pad+i*(height+pad)+height,pad+j*(width+pad):pad+j*(width+pad)+width] = imgData[sum,:].reshape(height,width,order="F")/max_val # order=F指定以列优先,在matlab中是这样的,python中需要指定,默认以行sum += 1plt.imshow(display_array,cmap='gray') #显示灰度图像plt.axis('off')plt.show()if __name__ == "__main__":PCA_2D()PCA_faceImage()
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