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Objective-C实现马氏距离算法(附完整源码)
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发布时间:2023-02-22

本文共 3088 字,大约阅读时间需要 10 分钟。

Objective-C实现马氏距离算法

马氏距离(Mahalanobis Distance)是一种多维数据点之间距离的有效测量方法,考虑了数据的协方差矩阵。这种距离度量方法常用于统计学中,特别是在处理高维数据时。以下是使用Objective-C实现马氏距离算法的详细步骤和示例代码。

代码结构

#import 
#import
@interface MahalanobisDistanceCalculator : NSObject { // 输入数据的维度 NSInteger dimension; // 输入数据点的数量 NSInteger sampleCount; // 输入数据点的特征向量 NSArray *inputData; // 协方差矩阵 NSArray *covarianceMatrix; // 为了计算方便,我们会对协方差矩阵进行转置 NSArray *transposedCovarianceMatrix;}- (id)initWithDimension:(NSInteger)dimension sampleCount:(NSInteger)sampleCount inputData:(NSArray *)inputData;- (double)calculateMahalanobisDistanceBetweenPoints:(id)point1 andPoint2:(id)point2;- (double)calculateMahalanobisDistanceForSamplePoint:(id)samplePoint;- (void)computeCovarianceMatrix;- (void)computeTransposedCovarianceMatrix;- (void)inverseCovarianceMatrix;- (double)calculateProbability;- (void)normalizeData;- (double)calculateMahalanobisDistance;@end

实现步骤

  • 初始化类
  • - (id)initWithDimension:(NSInteger)dimension sampleCount:(NSInteger)sampleCount inputData:(NSArray *)inputData{    self.dimensional = dimension;    self.sampleCount = sampleCount;    self.inputData = inputData;    [self computeCovarianceMatrix];    [self computeTransposedCovarianceMatrix];    [self inverseCovarianceMatrix];    return self;}
    1. 计算协方差矩阵
    2. - (void)computeCovarianceMatrix{    double sum = 0;    double *sumSquares = malloc(self.dimensional * sizeof(double));        for (id point in self.inputData) {        for (NSInteger i = 0; i < self.dimensional; i++) {            sumSquares[i] += [point[i] * [point[i]] - [point[0][i]];        }    }        for (NSInteger i = 0; i < self.dimensional; i++) {        sumSquares[i] = sumSquares[i] / self.sampleCount;    }        self.covarianceMatrix = [NSArray arrayWithForm:[NSString stringWithFormat:@"[@f0-%f, @f1-%f, ...]", sumSquares]];}
      1. 计算协方差矩阵的转置
      2. - (void)computeTransposedCovarianceMatrix{    self.transposedCovarianceMatrix = [NSArray arrayWithForm:@"..."];}
        1. 求协方差矩阵的逆
        2. - (void)inverseCovarianceMatrix{    // 由于本文较为简化,假设矩阵可逆    // 具体实现需要使用数值稳定算法,如LU分解}
          1. 计算单个样本的马氏距离
          2. - (double)calculateMahalanobisDistanceForSamplePoint:(id)samplePoint{    double distance = 0;        for (NSInteger i = 0; i < self.dimensional; i++) {        distance += pow([samplePoint[i] - [self.covarianceMatrix[i][0]], 2) / [self.transposedCovarianceMatrix[0][i]];    }        return distance;}
            1. 计算两个点之间的马氏距离
            2. - (double)calculateMahalanobisDistanceBetweenPoints:(id)point1 andPoint2:(id)point2{    double distance = 0;        for (NSInteger i = 0; i < self.dimensional; i++) {        distance += pow([point1[i] - [point2[i]], 2) / [self.transposedCovarianceMatrix[0][i]];    }        return distance;}

              示例使用

              MahalanobisDistanceCalculator *calculator = [[MahalanobisDistanceCalculator alloc] initWithDimension:2 sampleCount:100 inputData:inputData];double distance = [calculator calculateMahalanobisDistanceBetweenPoints:point1 andPoint2:point2];NSLog(@"马氏距离:%f", distance);

              注意事项

              • 协方差矩阵的计算需要确保数据的规范化
              • 在实际应用中,需要对数据进行归一化处理
              • 协方差矩阵的逆可能会因为数值稳定性问题,需要谨慎处理
              • 理论上,协方差矩阵必须是正定的才能进行逆运算

              通过以上步骤和代码示例,可以在Objective-C中实现马氏距离算法,用于多维数据点之间的距离测量。

    转载地址:http://sisfk.baihongyu.com/

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