Làm thế nào để vẽ ranh giới quyết định của phân loại hàng xóm gần nhất k từ Các yếu tố của học thống kê?

Tôi muốn tạo ra cốt truyện được mô tả trong cuốn sách ElemStatLearn "Các yếu tố của học thống kê: Khai thác dữ liệu, suy luận và dự đoán. Ấn bản thứ hai" của Trevor Hastie & Robert Tibshirani & Jerome Friedman. Cốt truyện là:

Tôi tự hỏi làm thế nào tôi có thể tạo ra biểu đồ chính xác này R, đặc biệt lưu ý đồ họa và tính toán lưới để hiển thị đường biên.

Để tái tạo hình này, bạn cần cài đặt gói ElemStatLearn trên hệ thống của bạn. Bộ dữ liệu nhân tạo được tạo ra mixture.example()như được chỉ ra bởi @StasK.

library(ElemStatLearn)
require(class)
x <- mixture.example$x
g <- mixture.example$y
xnew <- mixture.example$xnew
mod15 <- knn(x, xnew, g, k=15, prob=TRUE)
prob <- attr(mod15, "prob")
prob <- ifelse(mod15=="1", prob, 1-prob)
px1 <- mixture.example$px1
px2 <- mixture.example$px2
prob15 <- matrix(prob, length(px1), length(px2))
par(mar=rep(2,4))
contour(px1, px2, prob15, levels=0.5, labels="", xlab="", ylab="", main=
        "15-nearest neighbour", axes=FALSE)
points(x, col=ifelse(g==1, "coral", "cornflowerblue"))
gd <- expand.grid(x=px1, y=px2)
points(gd, pch=".", cex=1.2, col=ifelse(prob15>0.5, "coral", "cornflowerblue"))
box()

Tất cả trừ ba lệnh cuối cùng đến từ trợ giúp trực tuyến mixture.example. Lưu ý rằng chúng tôi đã sử dụng thực tế là expand.gridsẽ sắp xếp đầu ra của nó bằng cách thay đổi xtrước, điều này cho phép tiếp tục lập chỉ mục màu (theo cột) trong prob15ma trận (kích thước 69x99), giữ tỷ lệ phiếu bầu cho lớp chiến thắng cho mỗi tọa độ mạng ( px1, px2)

Tôi đang tự học tiếng Anh và cố gắng làm việc thông qua tất cả các ví dụ được cung cấp trong cuốn sách. Tôi vừa làm điều này và bạn có thể kiểm tra mã R bên dưới:

library(MASS)
# set the seed to reproduce data generation in the future
seed <- 123456
set.seed(seed)

# generate two classes means
Sigma <- matrix(c(1,0,0,1),nrow = 2, ncol = 2)
means_1 <- mvrnorm(n = 10, mu = c(1,0), Sigma)
means_2 <- mvrnorm(n = 10, mu = c(0,1), Sigma)

# pick an m_k at random with probability 1/10
# function to generate observations
genObs <- function(classMean, classSigma, size, ...)
{
  # check input
  if(!is.matrix(classMean)) stop("classMean should be a matrix")
  nc <- ncol(classMean)
  nr <- nrow(classMean)
  if(nc != 2) stop("classMean should be a matrix with 2 columns")
  if(ncol(classSigma) != 2) stop("the dimension of classSigma is wrong")

  # mean for each obs
    # pick an m_k at random
  meanObs <- classMean[sample(1:nr, size = size, replace = TRUE),]
  obs <- t(apply(meanObs, 1, function(x) mvrnorm(n = 1, mu = x, Sigma = classSigma )) )
  colnames(obs) <- c('x1','x2')
  return(obs)
}


obs100_1 <- genObs(classMean = means_1, classSigma = Sigma/5, size = 100)
obs100_2 <- genObs(classMean = means_2, classSigma = Sigma/5, size = 100)

# generate label
y <- rep(c(0,1), each = 100)

# training data matrix
trainMat <- as.data.frame(cbind(y, rbind(obs100_1, obs100_2)))

# plot them
library(lattice)
with(trainMat, xyplot(x2 ~ x1,groups = y, col=c('blue', 'orange')))

# now fit two models

# model 1: linear regression
lmfits <- lm(y ~ x1 + x2 , data = trainMat)

# get the slope and intercept for the decision boundary
intercept <- -(lmfits$coef[1] - 0.5) / lmfits$coef[3]
slope <- - lmfits$coef[2] / lmfits$coef[3]

# Figure 2.1
xyplot(x2 ~ x1, groups = y, col = c('blue', 'orange'), data = trainMat,
       panel = function(...)
       {
        panel.xyplot(...)
        panel.abline(intercept, slope)
        },
       main = 'Linear Regression of 0/1 Response')    

# model2: k nearest-neighbor methods
library(class)
# get the range of x1 and x2
rx1 <- range(trainMat$x1)
rx2 <- range(trainMat$x2)
# get lattice points in predictor space
px1 <- seq(from = rx1[1], to = rx1[2], by = 0.1 )
px2 <- seq(from = rx2[1], to = rx2[2], by = 0.1 )
xnew <- expand.grid(x1 = px1, x2 = px2)

# get the contour map
knn15 <- knn(train = trainMat[,2:3], test = xnew, cl = trainMat[,1], k = 15, prob = TRUE)
prob <- attr(knn15, "prob")
prob <- ifelse(knn15=="1", prob, 1-prob)
prob15 <- matrix(prob, nrow = length(px1), ncol = length(px2))

# Figure 2.2
par(mar = rep(2,4))
contour(px1, px2, prob15, levels=0.5, labels="", xlab="", ylab="", main=
    "15-nearest neighbour", axes=FALSE)
points(trainMat[,2:3], col=ifelse(trainMat[,1]==1, "coral", "cornflowerblue"))
points(xnew, pch=".", cex=1.2, col=ifelse(prob15>0.5, "coral", "cornflowerblue"))
box()