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Activité

activité 32.1

Créez un répertoire knn_iris et téléchargez le fichier iris.csv dans ce répertoire.

En résumé, vous trouverez dans ce fichier :

  • la longueur des pétales
  • la largeur des pétales
  • l'espèce de l'iris (au lieu d'utiliser les noms des espèces, on utilisera des chiffres : 0 pour "iris setosa", 1 pour "iris versicolor" et 2 pour "iris virginica")

pour 50 iris.

Nous allons chercher à obtenir la représentation graphique suivante (en abscisse la longueur du pétale et en ordonnée la largeur du pétale pour les 3 espèces d'iris) :

Créez un fichier knn_iris.py dans le répertoire knn_iris et copiez-coller le code suivant dans ce fichier :

import pandas
import matplotlib.pyplot as plt
iris=pandas.read_csv("iris.csv")
x=iris.loc[:,"petal_length"]
y=iris.loc[:,"petal_width"]
lab=iris.loc[:,"species"]
plt.axis('equal')
plt.scatter(x[lab == 0], y[lab == 0], color='g', label='setosa')
plt.scatter(x[lab == 1], y[lab == 1], color='r', label='versicolor')
plt.scatter(x[lab == 2], y[lab == 2], color='b', label='virginica')
plt.legend()
plt.show()

Quelques mots sur le programme ci-dessus :

  • La partie "Pandas" ne devrait pas vous poser de problèmes : x correspond à la longueur des pétales, y correspond à la largeur des pétales et lab correspond à l'espèce d'iris (0,1 ou 2)

  • Nous utilisons ensuite la bibliothèque matplotlib qui permet de tracer des graphiques très facilement. "plt.axis('equal')" permet d'obtenir un repère orthonormé. "plt.scatter" permet de tracer des points, le "x[lab == 0]" permet de considérer uniquement l'espèce "iris setosa" (lab==0). Le premier "plt.scatter" permet de tracer les points correspondant à l'espèce "iris setosa", ces points seront vert (color='g'), le deuxième "plt.scatter" permet de tracer les points correspondant à l'espèce "iris versicolor", ces points seront rouge (color='r'), enfin le troisième "plt.scatter" permet de tracer les points correspondant à l'espèce "iris virginica", ces points seront bleu (color='b'). Nous aurons en abscisse la longueur du pétale et en ordonnée la largeur du pétale.

activité 32.2

Copiez-collez le code ci-dessous dans le fichier knn_iris.py

import pandas
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

#traitement CSV
iris=pandas.read_csv("iris.csv")
x=iris.loc[:,"petal_length"]
y=iris.loc[:,"petal_width"]
lab=iris.loc[:,"species"]
#fin traitement CSV

#valeurs
longueur=2.5
largeur=0.75
k=3
#fin valeurs

#graphique
plt.axis('equal')
plt.scatter(x[lab == 0], y[lab == 0], color='g', label='setosa')
plt.scatter(x[lab == 1], y[lab == 1], color='r', label='versicolor')
plt.scatter(x[lab == 2], y[lab == 2], color='b', label='virginica')
plt.scatter(longueur, largeur, color='k')
plt.legend()
#fin graphique

#algo knn
d=list(zip(x,y))
model = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
model.fit(d,lab)
prediction= model.predict([[longueur,largeur]])
#fin algo knn

#Affichage résultats
txt="Résultat : "
if prediction[0]==0:
  txt=txt+"setosa"
if prediction[0]==1:
  txt=txt+"versicolor"
if prediction[0]==2:
  txt=txt+"virginica"
plt.text(3,0.5, f"largeur : {largeur} cm longueur : {longueur} cm", fontsize=12)
plt.text(3,0.3, f"k : {k}", fontsize=12)
plt.text(3,0.1, txt, fontsize=12)
#fin affichage résultats

plt.show()

Testez le programme ci-dessus

La bibliothèque Python Scikit Learn propose un grand nombre d'algorithmes lié au machine learning (c'est sans aucun doute la bibliothèque la plus utilisée en machine learning). Parmi tous ces algorithmes, Scikit Learn propose l'algorithme des k plus proches voisins.

Le programme ci-dessus n'est pas très complexe à comprendre, nous allons tout de même nous attarder sur la partie "knn" :

d=list(zip(x,y))
model = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
model.fit(d,lab)
prediction= model.predict([[longueur,largeur]])

La première ligne "d=list(zip(x,y))" permet de passer des 2 listes x et y :

x = [1.4, 1.4, 1.3, 1.5, 1.4, 1.7, 1.4, ...]
y = [0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.4,....]

à une liste de tuples d :

d = [(1.4, 0.2), (1.4, 0.2), (1.3, 0.2) (1.5, 0.2), (1.4, 0.2), (1.7, 0.2), (1.4, 0.4), ...]

les éléments des tableaux x et y ayant le même indice sont regroupés dans un tuple, nous obtenons bien une liste de tuples.

"KNeighborsClassifier" est une méthode issue de la bibliothèque scikit-learn (voir plus haut le "from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier"), cette méthode prend ici en paramètre le nombre de "plus proches voisins" (model = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k))

"model.fit(d, lab)" permet d'associer les tuples présents dans la liste "d" avec les labels (0 : "iris setosa", 1 : "iris versicolor" ou 2 : "iris virginica"). Par exemple le premier tuple de la liste "d", (1.4, 0.2) est associé au premier label de la liste lab (0), et ainsi de suite...

La ligne "prediction= model.predict([[longueur,largeur]])" permet d'effectuer une prédiction pour un couple [longueur, largeur] (dans l'exemple ci-dessus "longueur=2.5" et "largeur=0.75"). La variable "prediction" contient alors le label trouvé par l'algorithme knn.

Attention, "prediction" est une liste Python qui contient un seul élément (le label), il est donc nécessaire d'écrire "prediction[0]" afin d'obtenir le label.

activité 32.3

Modifiez le programme de l'activité 32.2 afin de tester l'algorithme knn avec un nombre "de plus proches voisins" différent (en gardant un iris ayant une longueur de pétale égale à 2,5 cm et une largeur de pétale égale à 0,75 cm).

Que se passe-t-il pour k = 5 ?