k-近傍法とは
k-近傍法（k-Nearest Neighbor、k-NN）は、機械学習における教師あり学習のアルゴリズムの一つであり、分類問題と回帰問題の両方に適用できます。新しいデータ点が与えられたとき、そのデータ点に最も近いk個の学習データ（近傍点）に基づいて、分類または回帰を行います。
k-近傍法の仕組み
k-近傍法の基本的な仕組みは以下の通りです。
- 距離の計算: 新しいデータ点と全ての学習データ点との間の距離を計算します。距離の計算には、ユークリッド距離、マンハッタン距離、マハラノビス距離など、様々な距離尺度を用いることができます。
- 近傍点の選択: 計算された距離に基づいて、新しいデータ点に最も近いk個の学習データ点を選択します。
- 分類または回帰:
- 分類問題の場合、選択されたk個の近傍点の多数決によって、新しいデータ点のクラスを決定します。
- 回帰問題の場合、選択されたk個の近傍点の目的変数の平均値または中央値を、新しいデータ点の予測値とします。
k-近傍法のメリット
- 実装が容易: アルゴリズムが単純であるため、実装が容易です。
- 非線形な問題にも対応可能: データ間の複雑な関係性を捉えることができ、非線形な問題にも適用可能です。
- 多クラス分類に対応可能: 複数のクラスの分類問題にも適用できます。
k-近傍法のデメリット
- 計算コスト: 学習データが増加すると、距離計算のコストが増加し、予測に時間がかかる場合があります。
- kの値の選択: kの値によって予測精度が大きく変わるため、適切なkの値を選択する必要があります。
- 次元の呪い: 高次元のデータでは、データ点間の距離が集中し、予測精度が低下する場合があります。
- 外れ値の影響: 外れ値の影響を受けやすく、予測精度が低下する場合があります。
k-近傍法の応用例
- 画像認識: 画像の分類や物体検出に利用されます。
- 自然言語処理: テキスト分類や文書検索に利用されます。
- 推薦システム: ユーザーの嗜好に基づいて、商品やコンテンツを推薦します。
- 医療診断: 患者のデータに基づいて、疾患の診断を支援します。
k-近傍法は、実装が容易で非線形な問題にも対応できる汎用性の高いアルゴリズムです。しかし、計算コストやkの値の選択など、注意すべき点もあります。問題に応じて適切なパラメータを設定し、他のアルゴリズムと比較検討することが重要です。
