样本相似性度量(欧几里得距离、曼哈顿距离、切比雪夫距离、闵可夫斯基距离、标准化欧氏距离)

样本相似性度量(欧几里得距离、曼哈顿距离、切比雪夫距离、闵可夫斯基距离、标准化欧氏距离)

简书的 Makedown 语法支持比较差,有些语法支持不好,可以看 CSDN 的 样本相似性度量(欧几里得距离、曼哈顿距离、切比雪夫距离、闵可夫斯基距离、标准化欧氏距离)

在分类过程中,常常需要估算不同样本直接的 Similarity Measurement (相似性度量)。

此时常用的方法就是计算两个样本直接的 Distance(距离)。

常用方法有:

<h2 id="1">

  1. 欧几里得距离(Euclidean Distance)

</h2>

欧几里得距离(Euclidean Distance),简称欧氏距离,又称欧几里得度量(euclidean metric)。

指 m 维空间中两个点之间的真实距离,或者向量的自然长度(即该点到原点的距离)。在二维和三维空间中的欧氏距离就是两点之间的实际距离。

在欧几里得空间中,点 x=\left(x_{1}, \cdots, x_{n}\right)y=\left(y_{1}, \cdots, y_{n}\right) 之间的欧几里得距离为:

d(x, y) :=\sqrt{\left(x_{1}-y_{1}\right)^{2}+\left(x_{2}-y_{2}\right)^{2}+\cdots+\left(x_{n}-y_{n}\right)^{2}}=\sqrt{\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i}-y_{i}\right)^{2}}

y 点为原点时,即为向量 \vec{x} 的自然长度(该点到原点的距离)。

向量 \vec{x} 的自然长度:

\|\vec{x}\|_{2}=\sqrt{\left|x_{1}\right|^{2}+\cdots+\left|x_{n}\right|^{2}}

n 维空间的欧几里得距离公式可以推出:

二维平面上两点 a\left(x_{1},y_{1}\right)b\left(x_{2},y_{2}\right) 间的欧几里得距离:

d_{12}=\sqrt{\left(x_{1}-x_{2}\right)^{2}+\left(y_{1}-y_{2}\right)^{2}}

三维空间两点 a\left(x_{1}, y_{1}, z_{1}\right)b\left(x_{2},y_{2}, z_{2}\right) 间的欧几里得距离:

d_{12}=\sqrt{\left(x_{1}-x_{2}\right)^{2}+\left(y_{1}-y_{2}\right)^{2}+\left(z_{1}-z_{2}\right)^{2}}

<h2 id="2">

  1. 曼哈顿距离(Manhattan Distance)

</h2>

计程车几何 (Taxicab geometry) 或曼哈顿距离 (Manhattan distance or Manhattan length) 或方格线距离是由十九世纪的赫尔曼 · 闵可夫斯基所创辞汇,为欧几里得几何度量空间的几何学之用语,用以标明两个点上在标准坐标系上的绝对轴距之总和。

[图片上传失败...(image-eff26f-1548930789717)]

如上图,从右上角的黑点到左下角的黑点的最小距离是?

是红色线的欧几里得距离?

显然是错误的。在这样的空间里,欧几里得距离计算最小距离是不合适的。

需要采用新的距离计算方式 —— 曼哈顿距离

在 N 维空间中,点 x=\left(x_{1}, \cdots, x_{n}\right)y=\left(y_{1}, \cdots, y_{n}\right) 之间的曼哈顿距离为:

d(x, y) :=\left|x_{1}-y_{1}\right|+\left|x_{2}-y_{2}\right|+\cdots+\left|x_{n}-y_{n}\right|=\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|

二维平面两点 a\left(x_{1},y_{1}\right)b\left(x_{2},y_{2}\right) 间的曼哈顿距离:

d_{12} :=\left|x_{1}-y_{1}\right|+\left|x_{2}-y_{2}\right|

<h2 id="3">

  1. 切比雪夫距离(Chebyshev Distance)

</h2>

国际象棋棋盘上二个位置间的切比雪夫距离是指王要从一个位子移至另一个位子需要走的步数。由于王可以往斜前或斜后方向移动一格,因此可以较有效率的到达目的的格子。上图是棋盘上所有位置距 f6 位置的切比雪夫距离

n 维空间中,点 x=\left(x_{1}, \cdots, x_{n}\right)y=\left(y_{1}, \cdots, y_{n}\right) 之间的切比雪夫距离为:

d(x, y) :=\max_{i}\left(\left|x_{i}-y_{i}\right|\right)

二维平面两点 a\left(x_{1},y_{1}\right)b\left(x_{2},y_{2}\right) 间的切比雪夫距离:

d_{12} :=max\left(\left|x_{1}-y_{1}\right|,\left|x_{2}-y_{2}\right|\right)

<h2 id="4">

  1. 闵可夫斯基距离(Minkowski Distance)

</h2>

闵可夫斯基距离(Minkowski Distance),简称闵氏距离。

它是一组距离的定义。

设定两点:

P=\left(x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n}\right) \text { and } Q=\left(y_{1}, y_{2}, \ldots, y_{n}\right) \in \mathbb{R}^{n}

直接的闵可夫斯基距离为:

\left(\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|^{p}\right)^{1 / p}

那么 p 的常用取值为 12

p=1 即为曼哈顿距离:

\left(\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|^{1}\right)^{\frac{1}{1}}=\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|

p=2 即为欧几里得距离:

\left(\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|^{2}\right)^{\frac{1}{2}}=\sqrt{\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i}-y_{i}\right)^{2}}

p\rightarrow \infty 取无穷时极限情况下可以得到切比雪夫距离:

\lim _{p \rightarrow \infty}\left(\sum_{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right|^{p}\right)^{\frac{1}{p}}=\max _{i=1}^{n}\left|x_{i}-y_{i}\right.

<h2 id="5">

  1. 标准化欧氏距离(Standardized Euclidean distance)

</h2>

标准欧氏距离的定义:

标准化欧氏距离是针对简单欧氏距离的缺点而作的一种改进方案。

标准欧氏距离的思路:既然数据各维分量的分布不一样,好吧!那我先将各个分量都 “标准化” 到均值、方差相等吧。
均值和方差标准化到多少呢?
假设样本集 X 的均值 (mean) 为 m,标准差(standard deviation)为 s,那么 X 的 “标准化变量X^{*}” 表示为:

而且标准化变量的数学期望为 0,方差为 1。因此样本集的标准化过程 (standardization) 用公式描述就是:

X^{*}=\frac{X-m}{s}

标准化后的值 = (标准化前的值 - 分量的均值) / 分量的标准差

经过简单的推导就可以得到两个 n 维向量 a\left(x_{11}, x_{12}, \cdots, x_{1n}\right)b\left(x_{21}, x_{22}, \cdots, x_{2n}\right) 间的标准化欧氏距离的公式:

如果将方差的倒数看成是一个权重,这个公式可以看成是一种加权欧氏距离 (Weighted Euclidean distance)。

d_{12}=\sqrt{\sum_{k=1}^{n}\left(\frac{x_{1 k}-x_{2 k}}{s_{k}}\right)^{2}}

如果使用长宽比为 2:1 的二维矩形作为单元大小,那么使用标准欧式距离公式为:

d=\sqrt{ \left(\frac{x_{2}-x_{1}}{2}\right)^{2} + \left(\frac{x_{2}-x_{1}}{1}\right)^{2} }

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 198,030评论 5 464
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,198评论 2 375
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 144,995评论 0 327
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,973评论 1 268
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 61,869评论 5 359
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,766评论 1 275
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,967评论 3 388
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,599评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,886评论 1 293
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,901评论 2 314
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,728评论 1 328
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,504评论 3 316
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,967评论 3 302
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,128评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,445评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,018评论 2 343
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,224评论 2 339

推荐阅读更多精彩内容