欧几里得距离计算

在机器学习和数据分析中,经常需要计算两个向量数组之间的距离。欧几里得距离是一种常用的距离度量方式,它衡量的是两点在欧几里得空间中的直线距离。本文将介绍如何使用Python的sklearn库来计算两个向量数组之间的欧几里得距离矩阵

计算方法

为了提高计算效率,当处理稀疏数据时,可以使用以下公式来计算两个行向量x和y之间的欧几里得距离:

dist(x, y) = sqrt(dot(x, x) - 2 * dot(x, y) + dot(y, y))

这种计算方式有两个优点:首先,它在处理稀疏数据时具有较高的计算效率;其次,如果一个参数变化而另一个参数保持不变,那么可以预先计算dot(x, x)和/或dot(y, y)。然而,这种计算方法并不是最精确的,因为它可能会受到“灾难性取消”的影响。此外,该函数返回的距离矩阵可能不是完全对称的,这可能会影响到某些函数,例如scipy.spatial.distance函数。

参数说明

以下是计算欧几里得距离时需要的参数:

  • X:一个形状为(n_samples_X, n_features)的数组或稀疏矩阵,其中每一行是一个样本,每一列是一个特征。
  • Y:一个形状为(n_samples_Y, n_features)的数组或稀疏矩阵,默认值为None。如果为None,则方法使用Y=X。
  • Y_norm_squared:一个形状为(n_samples_Y,)或(n_samples_Y, 1)或(1, n_samples_Y)的数组,表示Y中向量的点积预计算结果。在某些情况下可能会被忽略。
  • squared:一个布尔值,默认值为False。如果为True,则返回平方欧几里得距离
  • X_norm_squared:一个形状为(n_samples_X,)或(n_samples_X, 1)或(1, n_samples_X)的数组,表示X中向量的点积预计算结果。在某些情况下可能会被忽略。

返回值

函数返回一个形状为(n_samples_X, n_samples_Y)的ndarray,表示X中的行向量和Y中的行向量之间的距离。

示例代码

以下是使用sklearn.metrics.pairwise模块中的euclidean_distances函数计算欧几里得距离的示例代码:

from sklearn.metrics.pairwise import euclidean_distances # 定义向量数组X X = [[0, 1], [1, 1]] # 计算X中行向量之间的距离 print(euclidean_distances(X, X)) # 输出:[[0. 1.] # [1. 0.]] # 计算X中行向量到原点的距离 print(euclidean_distances(X, [[0, 0]])) # 输出:[[1. ] # [1.41421356]]

为了提高计算精度,如果X_norm_squared和Y_norm_squared以np.float32格式传递,则可能会被忽略。

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