Как построить границу решения классификатора k-ближайшего соседа из элементов статистического обучения?

Я хочу создать сюжет, описанный в книге ElemStatLearn «Элементы статистического обучения: сбор данных, вывод и прогноз. Второе издание» Тревора Хасти, Роберта Тибширани и Джерома Фридмана. Сюжет:

Мне интересно, как я могу получить этот точный график R, особенно обратите внимание на графику сетки и расчеты, чтобы показать границу.

Чтобы воспроизвести этот рисунок, вам необходимо установить пакет ElemStatLearn в вашей системе. Искусственный набор данных был сгенерирован mixture.example()как указано @StasK.

library(ElemStatLearn)
require(class)
x <- mixture.example$x
g <- mixture.example$y
xnew <- mixture.example$xnew
mod15 <- knn(x, xnew, g, k=15, prob=TRUE)
prob <- attr(mod15, "prob")
prob <- ifelse(mod15=="1", prob, 1-prob)
px1 <- mixture.example$px1
px2 <- mixture.example$px2
prob15 <- matrix(prob, length(px1), length(px2))
par(mar=rep(2,4))
contour(px1, px2, prob15, levels=0.5, labels="", xlab="", ylab="", main=
        "15-nearest neighbour", axes=FALSE)
points(x, col=ifelse(g==1, "coral", "cornflowerblue"))
gd <- expand.grid(x=px1, y=px2)
points(gd, pch=".", cex=1.2, col=ifelse(prob15>0.5, "coral", "cornflowerblue"))
box()

Все, кроме трех последних команд, взяты из интерактивной справки для mixture.example. Обратите внимание, что мы использовали тот факт, что expand.gridего выходные данные будут упорядочены путем изменения xвначале, что дополнительно позволяет индексировать (по столбцу) цвета в prob15матрице (размером 69x99), которая содержит долю голосов за класс победы для каждой координаты решетки ( px1, px2).

Я самостоятельно изучаю ESL и пытаюсь проработать все примеры, представленные в книге. Я только что сделал это, и вы можете проверить код R ниже:

library(MASS)
# set the seed to reproduce data generation in the future
seed <- 123456
set.seed(seed)

# generate two classes means
Sigma <- matrix(c(1,0,0,1),nrow = 2, ncol = 2)
means_1 <- mvrnorm(n = 10, mu = c(1,0), Sigma)
means_2 <- mvrnorm(n = 10, mu = c(0,1), Sigma)

# pick an m_k at random with probability 1/10
# function to generate observations
genObs <- function(classMean, classSigma, size, ...)
{
  # check input
  if(!is.matrix(classMean)) stop("classMean should be a matrix")
  nc <- ncol(classMean)
  nr <- nrow(classMean)
  if(nc != 2) stop("classMean should be a matrix with 2 columns")
  if(ncol(classSigma) != 2) stop("the dimension of classSigma is wrong")

  # mean for each obs
    # pick an m_k at random
  meanObs <- classMean[sample(1:nr, size = size, replace = TRUE),]
  obs <- t(apply(meanObs, 1, function(x) mvrnorm(n = 1, mu = x, Sigma = classSigma )) )
  colnames(obs) <- c('x1','x2')
  return(obs)
}


obs100_1 <- genObs(classMean = means_1, classSigma = Sigma/5, size = 100)
obs100_2 <- genObs(classMean = means_2, classSigma = Sigma/5, size = 100)

# generate label
y <- rep(c(0,1), each = 100)

# training data matrix
trainMat <- as.data.frame(cbind(y, rbind(obs100_1, obs100_2)))

# plot them
library(lattice)
with(trainMat, xyplot(x2 ~ x1,groups = y, col=c('blue', 'orange')))

# now fit two models

# model 1: linear regression
lmfits <- lm(y ~ x1 + x2 , data = trainMat)

# get the slope and intercept for the decision boundary
intercept <- -(lmfits$coef[1] - 0.5) / lmfits$coef[3]
slope <- - lmfits$coef[2] / lmfits$coef[3]

# Figure 2.1
xyplot(x2 ~ x1, groups = y, col = c('blue', 'orange'), data = trainMat,
       panel = function(...)
       {
        panel.xyplot(...)
        panel.abline(intercept, slope)
        },
       main = 'Linear Regression of 0/1 Response')    

# model2: k nearest-neighbor methods
library(class)
# get the range of x1 and x2
rx1 <- range(trainMat$x1)
rx2 <- range(trainMat$x2)
# get lattice points in predictor space
px1 <- seq(from = rx1[1], to = rx1[2], by = 0.1 )
px2 <- seq(from = rx2[1], to = rx2[2], by = 0.1 )
xnew <- expand.grid(x1 = px1, x2 = px2)

# get the contour map
knn15 <- knn(train = trainMat[,2:3], test = xnew, cl = trainMat[,1], k = 15, prob = TRUE)
prob <- attr(knn15, "prob")
prob <- ifelse(knn15=="1", prob, 1-prob)
prob15 <- matrix(prob, nrow = length(px1), ncol = length(px2))

# Figure 2.2
par(mar = rep(2,4))
contour(px1, px2, prob15, levels=0.5, labels="", xlab="", ylab="", main=
    "15-nearest neighbour", axes=FALSE)
points(trainMat[,2:3], col=ifelse(trainMat[,1]==1, "coral", "cornflowerblue"))
points(xnew, pch=".", cex=1.2, col=ifelse(prob15>0.5, "coral", "cornflowerblue"))
box()