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【图神经网络】数学基础篇

能够将数据转换到欧几里德空间的便是欧几里德结构化数据,如时间序列数据,图像数据,上图则是图像数据的一个例子 我们可以清晰地看到,上图的图像数据“排列整齐”,所以可以清晰地定义“距离”这个概念。...常见的非欧结构化数据有社交网络,基因,分子,大脑等等。他们的共同特点是数据“排列不整齐”,对于数据中的某个点,难以定义出其邻居节点出来,或者是不同节点的邻居节点的数量是不同的。...简谐振动,单摆振动等运动都是常见的可以用周期函数表示的运动,如 ,但是现实中的周期信号通常是比较复杂的,那么是不是有什么方法可以将周期信号转换为三角函数?...在上面图信号处理基本概念处有定义,图表示成向量的形式: ,拉普拉斯算子在图信号中怎么表示中心节点与邻居节点的差异呢?...傅里叶系数本质上是图信号在傅里叶基上的投影,衡量了图信号与(特征向量)傅里叶基之间相似度。

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    图卷积神经网络,为图与数据分类提供向导 | 数学博士 · 科普专栏

    我坚信利用最先进的深度学习方法结合特有问题的领域知识,才能达到未来。这也是我希望实现的泛 AI 范式。...最近,大量研究者将注意力集中在:将深度神经网络模型推广到结构化数据集上。 本文主要介绍一种通用的图数据的深度学习结构——图卷积神经网络。...因为图数据(此处给出图片)无法给出对称结构,节点的邻居个数无法确定,因此卷积核参数的个数无法适应邻居个数的不规则,导致了普通的卷积神经网络无法直接应用。...因此,我们将图上的关系表征——拉普拉斯矩阵,进行谱分解,用拉普拉斯矩阵的特征向量U代替传统傅里叶变换的正交基。...三层GCN在正向传递过程中执行三次邻居节点间信息传播步骤,并有效地卷积每个节点的三阶邻域,最终可以实现及其优秀的分类效果。

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    kNN算法——帮你找到身边最相近的人

    该算法对新数据点进行预测,就是在训练数据集中找到最接近的数据点——其“最近邻居”。...工作原理 在其最简单的版本中,k-NN算法仅考虑一个最近邻居,这个最近邻居就是我们想要预测点的最近训练数据点。然后,预测结果就是该训练点的输出。下图说明构造的数据集分类情况。...,把距离最近的k个点作为A的最近邻; 之后,找到这些邻居中的绝大多数类; 最后,将绝大多数类返回作为我们对A类的预测; Python实现代码如下: def knnclassify(A, dataset,...一般情况下,都是使用欧几里德距离,欧几里得距离在许多设置中效果都不错; k-NN的优势之一是该模型非常易于理解,并且通常无需进行大量参数调整的情况下就能获得比较不错的性能表现。...在考虑使用更高级的技术之前,使用此算法是一种很好的基线方法。k-NN模型的建立通常会比较快,但是当训练集非常大时(无论是特征数还是样本数量),预测时耗费的时间会很多。

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    写给设计师的人工智能指南:推荐系统

    最常用的还是组合推荐 Hybrid Recommendation 由于各种推荐方法都有优缺点,所以在实际中,组合推荐经常被采用。...实现协同过滤,有三种方法: ALS 交替最小二乘 alternating least squares ALS算法的核心就是将稀疏评分矩阵分解为用户特征向量矩阵和产品特征向量矩阵的乘积。...减噪就是去掉无效、无意义的信息, 归一化处理,就是将各类数据除以此类中的最大值,以保证归一化后的数据取值在 [0,1] 范围中。...相似度有这些计算方法: 欧几里德距离 最初用于计算欧几里德空间中两个点的距离 皮尔逊相关系数 一般用于计算两个定距变量间联系的紧密程度 余弦相似度 广泛应用于计算文档数据的相似度 谷本系数 是 Cosine...有两种方法: 固定数量的邻居 K-neighborhoods Fix-size neighborhoods 不论邻居的“远近”,只取最近的 K 个,作为其邻居。

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    协同过滤推荐算法在python上的实现

    基于物品的协同过滤推荐的原理和基于用户的原理类似,只是在计算邻居时采用物品本身,而不是从用户的角度,即基于用户对物品的偏好找到相似的物品,然后根据用户的历史偏好推荐相似的物品给他。...而计算相似度建立相关系数矩阵目前主要分为以下几种方法: (1)皮尔逊相关系数 皮尔逊相关系数一般用户计算两个定距变量间联系的紧密度,它的取值在[-1,1]之间。...(2)基于欧几里德距离的相似度 欧几里德距离计算相似度是所有相似度计算里面最简单、最易理解的方法。...计算出来的欧几里德距离是一个大0的数,为了使其更能体现用户之间的相似度,可以把它规约到(0.1]之间,最终得到如下计算公式: 只要至少有一个共同评分项,就能用欧几里德距离计算相似度,如果没有共同评分项...而且计算量会相对较少 (2) 如果item数量远远大于user数量, 则采用User-CF效果会更好, 原因同上 (3) 在实际生产环境中, 有可能因为用户无登陆

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    K近邻算法KNN的简述

    K是用于识别新数据点的类似邻居的数字。 参考我们在新社区中的朋友圈的例子。我们根据共同的思维或爱好选择了3个我们希望成为非常亲密朋友的邻居。在这种情况下,K是3。...这与K-means中使用的弯头方法非常相似。 在测试误差率的K值给出了K的最佳值。 ? KNN算法原理 我们可以使用K折叠交叉验证来评估KNN分类器的准确性。 KNN如何运作?...步骤3:找到新数据点的K个最近邻居。 步骤4:对于分类,计算k个邻居中每个类别中的数据点的数量。新数据点将属于具有最多邻居的类。 对于回归,新数据点的值将是k个邻居的平均值。 ?...我们将平均5个最近邻居的工资来预测新数据点的工资 如何计算距离? 可以使用计算距离 欧氏距离 曼哈顿距离 汉明距离 闵可夫斯基距离 欧几里德距离是两点之间的平方距离之和的平方根。它也被称为L2规范。...K最近邻居的优点 简单的算法因此易于解释预测 非参数化,因此不对基础数据模式做出假设 用于分类和回归 与其他机器学习算法相比,最近邻居的训练步骤要快得多 K最近邻居的缺点 KNN在计算上是昂贵的,因为它在预测阶段搜索最近邻居的新点

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    100天机器学习实践之第7天

    KNN是非参数的(它不对底层数据分布做出任何假设),基于实例(我们的算法不会明确建立学习模型,相反,它选择记住训练实例)并使用在监督学习环境中。 KNN如何工作?...这个方法有三个因素很关键:已经分好类的训练集,每条单个记录之间的距离,以及K值即最近邻居数量。 ?...KNN工作原理 做出预测 要为一个没有标签的对象分类,首先计算这个对象与已经分类对象之间的距离,标识离它最近的K个邻居,最近的邻居中的主要分类将作为这个对象的分类。...对于输入的实数变量,最常用的距离计算方法是欧几里德几何距离。 ? KNN预测 距离 欧几里德距离计算为新点与现有点之间的平方差之和的平方根。...其他常用距离计算方法还包括: Hamming 距离 Manhattan 距离 Minkowski 距离 ? 欧几里德距离 K值 找到K值并不容易,K值过小噪声对结果干扰较大,K值过大计算成本较高。

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    【机器学习 | 基于实例学习】经典算法—KDD算法详解

    它基于实例之间的相似性进行预测,即通过找到距离新样本最近的K个训练样本,根据这K个样本的标签来预测新样本的标签。 下面是KNN算法的详细步骤 计算训练样本中每个样本与其他样本的距离。...对距离进行排序,选择距离最近的K个样本作为邻居。 在面对问题一般通过投票(加权)、平均方法。 对于分类问题,使用投票法(Voting)确定新样本的标签。...即,根据K个最近邻居的标签中出现次数最多的标签作为预测结果。如果存在多个标签出现次数相同的情况,可以随机选择其中一个标签。 对于回归问题,使用平均法(Averaging)确定新样本的标签。...即,计算K个最近邻居的标签的平均值作为预测结果。...K个邻居的索引 k_indices = np.argsort(distances)[:self.k] # 获取最近的K个邻居的标签 k_labels =

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    K近邻算法

    预测算法的流程为: 1.在训练样本集中找出离x最近的个样本k,假设这些样本的集合为N 2.统计集合N中每一类样本的个数Ci, i=1,......k近邻算法实现简单,缺点是当训练样本数大、特征向量维数很高时计算复杂度高。因为每次预测时要计算待预测样本和每一个训练样本的距离,而且要对距离进行排序找到最近的k个样本。...这是我们最熟知的距离定义。在使用欧氏距离时应该尽量将特征向量的每个分量归一化,以减少因为特征值的尺度范围不同所带来的干扰。否则数值小的特征分量会被数值大的特征分量淹没。...下面我们介绍文献[9]的方法,它使得变换后每个样本的k个最近邻居都和它是同一个类,而不同类型的样本通过一个大的间隔被分开,这和第8章将要介绍的线性判别分析的思想类似。...为了增强kNN分类的泛化性能,要让冒充者离由目标邻居估计出的边界的距离尽可能的远。通过在kNN决策边界周围加上一个大的安全间隔(margin),可以有效的提高算法的鲁棒性。 接下来定义冒充者的概念。

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    基于正交投影的点云局部特征

    最近的一项评估研究表明,大多数公共数据库中基于LRF的特征的性能要优于不基于LRF特征。 文章[1]介绍了一种称为正交投影的方法,以获得有效,鲁棒和高效的特征描述。...具体来说,Q中所有到p的欧几里德距离小于r_z的点构成一个新点集 最后,对Qz进行协方差分析 其中,s是Qz中的点数,是Qz的重心。...计算与Cov(Qz)的最小特征值相对应的特征向量n(p)作为p的法线向量。由于法线向量具有符号歧义性,请删除其符号歧义性并按如下方式计算z轴: 其中k是半径邻居的数量。 确定z轴后,下一步是计算x轴。...红色点,绿色箭头和蓝色箭头分别表示局部表面中的关键点,z轴和关键点的示例半径邻居的投影矢量。...将Q′中的点分别投影到这三个视点平面上,并且基于二维点统计在每个视点平面上捕获aw×w图像I。I中的每个像素的值被定义为与分散在像素网格中的点集中的点相对应的最大局部深度值。

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    基于正交投影的点云局部特征

    最近的一项评估研究表明,大多数公共数据库中基于LRF的特征的性能要优于不基于LRF特征。 文章[1]介绍了一种称为正交投影的方法,以获得有效,鲁棒和高效的特征描述。...具体来说,Q中所有到p的欧几里德距离小于r_z的点构成一个新点集 ? 最后,对Qz进行协方差分析 ? 其中,s是Qz中的点数,是Qz的重心。...计算与Cov(Qz)的最小特征值相对应的特征向量n(p)作为p的法线向量。由于法线向量具有符号歧义性,请删除其符号歧义性并按如下方式计算z轴: ? 其中k是半径邻居的数量。...红色点,绿色箭头和蓝色箭头分别表示局部表面中的关键点,z轴和关键点的示例半径邻居的投影矢量。...将Q′中的点分别投影到这三个视点平面上,并且基于二维点统计在每个视点平面上捕获aw×w图像I。I中的每个像素的值被定义为与分散在像素网格中的点集中的点相对应的最大局部深度值。

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    协同过滤原理及Python实现

    协同过滤是在海量数据中挖掘出小部分与你品味类似的用户,在协同过滤中,这些用户成为邻居,然后根据他们喜欢的东西组织成一个排序的目录推荐给你。...以上的用户行为都是通用的,在实际推荐引擎设计中可以自己多添加一些特定的用户行为,并用它们表示用户对物品的喜好程度。...通常情况下,在一个推荐系统中,用户行为都会多于一种,那么如何组合这些不同的用户行为呢 ?...关于相似度的计算有很多种方法,比如常用的余弦夹角,欧几里德距离度量,皮尔逊相关系数等等。而如果采用欧几里德度量,那么可以用如下公式来表示相似度 ?...安装包如下链接:https://pypi.python.org/pypi/texttable/,更多方法的使用需要参考Textdtable的源文件texttable.py。

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    一类强大算法总结!!

    最近邻分类:最近邻分类是一种基于距离的分类算法,它通过计算待分类样本与训练集中各个样本之间的距离来确定其所属类别。最常见的最近邻算法是K最近邻,它根据待分类样本与训练集中K个最近邻的距离来进行分类。...基于距离的异常检测方法将数据点与其邻近点之间的距离作为度量,根据距离的阈值判断数据点是否为异常或离群点。 降维:在高维数据集中,距离算法可用于降低数据的维度。...ok,咱们一起来学习一下~ 欧几里德距离(Euclidean Distance) 欧几里德距离(Euclidean Distance)是用来计算两个点之间的距离的一种度量方法。...常见使用场景 数据挖掘:欧几里德距离可用于测量不同数据样本之间的相似度,例如聚类分析和推荐系统。 机器学习:欧几里德距离可以作为分类算法中的特征之间的相似性度量,如K近邻算法。...下面是一个使用 Python 代码计算欧几里德距离: import math def euclidean_distance(point1, point2): """ 计算两个点之间的欧几里德距离

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    【机器学习】KNNImputer:一种估算缺失值的可靠方法

    在这种情况下,k 最近邻 (kNN) 等算法可以帮助估算缺失数据的值。社会学家和社区研究人员认为,人类之所以生活在社区中,是因为邻居会产生安全感、对社区的依恋以及通过参与各种活动展现社区身份的关系。...相反,如果您确定向其寻求帮助的 3 个邻居,并选择组合 3 个最近邻居提供的项目,这就是来自 3 个最近邻居的插补示例。同样,数据集中的缺失值可以借助数据集中 k 最近邻的观察值进行估算。...kNN 方法的思想是识别数据集中在空间中相似或接近的“k”个样本。然后我们使用这些“k”个样本来估计缺失数据点的值。每个样本的缺失值都是使用数据集中找到的“k”个邻居的平均值来估算的。...存在缺失值时的距离计算 让我们看一个例子来理解这一点。考虑二维空间 (2,0)、(2,2)、(3,3) 中的一对观察值。这些点的图形表示如下所示: 基于欧几里德距离的最短距离的点被认为是最近的邻居。...KNNImputer 通过使用欧几里德距离矩阵找到最近的邻居来帮助估算观察中存在的缺失值。

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    深入推荐系统相关算法 - 协同过滤

    协同过滤一般是在海量的用户中发掘出一小部分和你品位比较类似的,在协同过滤中,这些用户成为邻居,然后根据他们喜欢的其他东西组织成一个排序的目录作为推荐给你。...但可以想象,不同行为的数据取值可能相差很大,比如,用户的查看数据必然比购买数据大的多,如何将各个行为的数据统一在一个相同的取值范围中,从而使得加权求和得到的总体喜好更加精确,就需要我们进行归一化处理。...如图 1 中的 A,假设要计算点 1 的 5- 邻居,那么根据点之间的距离,我们取最近的 5 个点,分别是点 2,点 3,点 4,点 7 和点 5。...如图 1 中的 B,从点 1 出发,计算相似度在 K 内的邻居,得到点 2,点 3,点 4 和点 7,这种方法计算出的邻居的相似度程度比前一种优,尤其是对孤立点的处理。...,旨在帮助开发人员更加方便快捷地创建智能应用程序,并且,在 Mahout 的最近版本中还加入了对 Apache Hadoop 的支持,使这些算法可以更高效的运行在云计算环境中。

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    KNN算法与案例:K-近邻的应用与优化

    计算距离:对于给定的测试数据点,计算其与训练数据集中所有样本点的距离。选择最近的K个邻居:根据距离的大小,选择距离测试点最近的K个训练样本。...通过选择K=3,我们使得分类器在每次预测时考虑最近的3个邻居。通过测试集对模型进行评估,计算了分类的准确率。4.4 K值的优化通常,K值的选择对KNN的性能有很大的影响。...在实际应用中,通常会尝试不同的K值,并使用交叉验证来选择最优的K值。...KNN优化方法虽然KNN是一种简单的算法,但在实际应用中可以通过以下方式对其进行优化:降维:高维数据容易导致“维度灾难”,使用降维方法(如PCA)可以减小特征空间的维度,从而加快计算速度并提高分类性能。...加权KNN:在传统KNN中,每个邻居的权重相同,而加权KNN根据距离给邻居赋予不同的权重。通常距离较近的邻居对分类结果的贡献更大。

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    最近邻搜索|Nearest neighbor search

    聚类分析–将一组观测值分配到子集(称为聚类)中,以便同一聚类中的观测值在某种意义上是相似的,通常基于欧几里得距离 化学相似性 基于采样的运动规划 方法 已经提出了针对NNS问题的各种解决方案。...[6] R-trees 不仅可以为欧几里德距离生成最近邻,还可以用于其他距离。 在一般度量空间的情况下,分支定界方法称为度量树(metric tree)方法。...**在集合S中搜索查询q的最近邻采用在图中搜索顶点的形式 G(V,E) 。...为了加速线性搜索,存储在 RAM 中的特征向量的压缩版本用于在第一次运行中预过滤数据集。在第二阶段使用来自磁盘的未压缩数据来确定最终候选对象以进行距离计算。...近似最近邻 在某些应用程序中,检索最近邻居的“正确猜测”可能是可以接受的。在这些情况下,我们可以使用一种算法,该算法不能保证在每种情况下都返回实际的最近邻居,以换取提高速度或节省内存。

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    K近邻算法

    image.png k近邻算法实现简单,缺点是当训练样本数大、特征向量维数很高时计算复杂度高。因为每次预测时要计算待预测样本和每一个训练样本的距离,而且要对距离进行排序找到最近的k个样本。...在实现时可以考虑样本的权重,即每个样本有不同的投票权重,这称方法称为为带权重的k近邻算法。另外还其他改进措施,如模糊k近邻算法[2]。...欧氏距离只是将特征向量看做空间中的点,并没有考虑这些样本特征向量的概率分布规律。 image.png 距离度量学习 Mahalanobis距离中的矩阵可以通过对样本的学习得到,这称为距离度量学习。...下面我们介绍文献[9]的方法,它使得变换后每个样本的k个最近邻居都和它是同一个类,而不同类型的样本通过一个大的间隔被分开,这和第8章将要介绍的线性判别分析的思想类似。...为了增强kNN分类的泛化性能,要让冒充者离由目标邻居估计出的边界的距离尽可能的远。通过在kNN决策边界周围加上一个大的安全间隔(margin),可以有效的提高算法的鲁棒性。

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    理解谱聚类

    如果顶点vj在vi的k个最近的邻居里,则将vj核vi设置为联通的。但是,这种定义导致的结果是有向图,因为邻居关系不是对称的,即如果vj在vi的k个最近的邻居里,不能推出vi在vj的k个最近的邻居里。...将图变为无向的方式有两种。第一种方法是忽略边的方向,即如果vj在vi的k个最近的邻居里,或者vi在vj的k个最近的邻居里,则认为这两点之间是联通的。这种方法生成的图称为k近邻图。...第二种是如果vj在vi的k个最近的邻居里,并且vi在vj的k个最近的邻居里,则认为这两点之间是联通的。这种方法生成的图称为互k近邻图。...由于每个Li都是一个联通分量的拉普拉斯矩阵,因此其特征向量的重数为1,对应于特征值0。而L中与之对应的特征向量在第i个联通分量处的值为常数 ,其它地方为0。...对于NCut最后求解的是如下广义特征值问题 ? 在完成特征值分解之后,保留k个最小的特征值和它们对应的特征向量,构成一个n×k的矩阵,矩阵的每一行为降维后的样本数据。

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