室內定位系列（三） 位置指紋法的實現（KNN）

位置指紋法中最常用的演算法是k最近鄰（knn）：選取與當前rss最鄰近的k個指紋的位置估計當前位置，簡單直觀有效。本文介紹knn用於定位的基本原理與具體實現（matlab、python）。

github位址，包括matlab版本和python版本

資料**說明：

匯入資料

# 匯入資料

import numpy as np
import scipy.io as scio
offline_data = scio.loadmat('offline_data_random.mat')
online_data = scio.loadmat('online_data.mat')
offline_location, offline_rss = offline_data['offline_location'], offline_data['offline_rss']
trace, rss = online_data['trace'][0:1000, :], online_data['rss'][0:1000, :]
del offline_data
del online_data

# 定位準確度

def accuracy(predictions, labels):
return np.mean(np.sqrt(np.sum((predictions - labels)**2, 1)))

# knn回歸

from sklearn import neighbors
knn_reg = neighbors.kneighborsregressor(40, weights='uniform', metric='euclidean')
predictions = knn_reg.fit(offline_rss, offline_location).predict(rss)
acc = accuracy(predictions, trace)
print "accuracy: ", acc/100, "m"

accuracy:  2.24421479398 m

# knn分類，需要把座標轉換成網格標號，**後將網格標號轉換為座標

labels = np.round(offline_location[:, 0]/100.0) * 100 + np.round(offline_location[:, 1]/100.0)
from sklearn import neighbors
knn_cls = neighbors.kneighborsclassifier(n_neighbors=40, weights='uniform', metric='euclidean')
predict_labels = knn_cls.fit(offline_rss, labels).predict(rss)
x = np.floor(predict_labels/100.0)
y = predict_labels - x * 100
predictions = np.column_stack((x, y)) * 100
acc = accuracy(predictions, trace)
print "accuracy: ", acc/100, 'm'

accuracy:  2.73213398632 m

加入資料預處理和交叉驗證

# 預處理，標準化資料(其實rss資料還算正常，不預處理應該也無所謂，特徵選擇什麼的也都不需要)

from sklearn.preprocessing import standardscaler
standard_scaler = standardscaler().fit(offline_rss)
x_train = standard_scaler.transform(offline_rss)
y_train = offline_location
x_test = standard_scaler.transform(rss)
y_test = trace

# 交叉驗證，在knn裡用來選擇最優的超引數k

from sklearn.model_selection import gridsearchcv
from sklearn import neighbors
parameters = 
knn_reg = neighbors.kneighborsregressor(weights='uniform', metric='euclidean')
clf = gridsearchcv(knn_reg, parameters)
clf.fit(offline_rss, offline_location)
scores = clf.cv_results_['mean_test_score']
k = np.argmax(scores) #選擇score最大的k

# 繪製超引數k與score的關係曲線

# 使用最優的k做knn回歸

knn_reg = neighbors.kneighborsregressor(n_neighbors=k, weights='uniform', metric='euclidean')
predictions = knn_reg.fit(offline_rss, offline_location).predict(rss)
acc = accuracy(predictions, trace)
print "accuracy: ", acc/100, "m"
accuracy:  2.22455511073 m
# 訓練資料量與accuracy

k = 29
data_num = range(100, 30000, 300)
acc = 
for i in data_num:
knn_reg = neighbors.kneighborsregressor(n_neighbors=k, weights='uniform', metric='euclidean')
predictions = knn_reg.fit(offline_rss[:i, :], offline_location[:i, :]).predict(rss)
# 繪製訓練資料量與accuracy的曲線

出處：[
 
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