
Objective-C实现马氏距离算法(附完整源码)
初始化类
发布日期:2025-04-27 11:29:30
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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
- (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;}
- 计算协方差矩阵
- 计算协方差矩阵的转置
- 求协方差矩阵的逆
- 计算单个样本的马氏距离
- 计算两个点之间的马氏距离
- 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
- (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]];}
- (void)computeTransposedCovarianceMatrix{ self.transposedCovarianceMatrix = [NSArray arrayWithForm:@"..."];}
- (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}
- (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;}
- (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
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。
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