Python体素化脑信息图混淆矩阵相似性指标评估

🎯要点

1. 使用相似性度量等算法类别学习评估大脑神经相似性。
2. 使用混淆矩阵分类器评估相似性，使用斯皮尔曼相关性关联相似度矩阵与混淆矩阵。
3. 特征化体素选择，优化相似性度量矩阵，用分类器近似大脑状态信息。
4. 将先验分布建模为二项分布，将更新后的分布建模为另一个二项分布，并计算库尔巴克-莱布勒散度
5. 使用三种分类器：高斯朴素贝叶斯、k最近邻和线性支持向量机。
6. 使用探照灯视觉检查脑图像欧几里得、马哈拉诺比斯和皮尔逊相关性的测量指标

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🍇Python闵可夫斯基距离

闵可夫斯基距离或闵可夫斯基度量是赋范向量空间中的度量，可以看作是欧几里得距离和曼哈顿距离的推广。它以波兰数学家赫尔曼·闵可夫斯基的名字命名。两点之间 $p$ 阶闵可夫斯基距离（其中 $p$ 为整数）
$$X=\left(x_1,x_2,\dots ,x_n\right)\text{ 和 }Y=\left(y_1,y_2,\dots ,y_n\right)\in R^n$$
定义为：
$$D(X,Y)={\left(\sum _{i=1}^n{\left|x_i-y_i\right|}^p\right)}^{\frac{1}{p}}(1)$$
对于 $p\ge 1$，闵可夫斯基距离是根据闵可夫斯基不等式得出的度量。当 $p<1$ 时，$(0,0)$ 和 $(1,1)$ 之间的距离为 $2^{1/p}>2$，但点 $(0,1)$ 与这两个点的距离均为 1。由于这违反了三角不等式，因此对于 $p<1$，它不是度量。但是，只需删除 $1/p$ 的指数即可获得这些值的度量。得到的度量也是 F 范数。

通常使用闵可夫斯基距离，其中 $p$ 为 1 或 2 ，分别对应于曼哈顿距离和欧几里得距离。 在 $p$ 趋向无穷大的极限情况下，我们得到切比雪夫距离：
$$\underset{p\to \infty }{\lim }{\left(\sum _{i=1}^n{\left|x_i-y_i\right|}^p\right)}^{\frac{1}{p}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\max }}\left|x_i-y_i\right|$$
类似地，对于 $p$ 达到负无穷大，我们有：
$$\underset{p\to -\infty }{\lim }{\left(\sum _{i=1}^n{\left|x_i-y_i\right|}^p\right)}^{\frac{1}{p}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\min }}\left|x_i-y_i\right|$$
闵可夫斯基距离也可以看作是 $P$ 和 $Q$ 之间各分量差异的幂均值的倍数。

Python和C++/C#/Java计算闵可夫斯基距离

给定两个数组 A[] 和 B[] 作为 n 维空间中两个点的位置向量以及一个整数 p，任务是计算这两点之间的闵可夫斯基距离。根据上式（1），假设，输入A[] = {1,2,3,4}, B[] = {5,6,7,8}, P = 3 输出是 6.340，输入A = {1,2,3,4}, B[] = {5,6,7,8} P = 2 ，输出是8。

import mathdef minkowski(A, B, P):X = 0.0for i in range(len(A)):X += abs(A[i] - B[i]) ** PZ = 1.0 / Preturn X ** Zif __name__ == "__main__":A = [1, 2, 3, 4]B = [5, 6, 7, 8]P = 2.0print(minkowski(A, B, P))

C++计算闵可夫斯基距离

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;double minkowski(const vector<double>& A,const vector<double>& B, double P)
{double X = 0.0;for (size_t i = 0; i < A.size(); ++i) {X += pow(abs(A[i] - B[i]), P);}double Z = 1.0 / P;return pow(X, Z);
}int main()
{vector<double> A = { 1, 2, 3, 4 };vector<double> B = { 5, 6, 7, 8 };double P = 2.0;cout << minkowski(A, B, P) << endl;return 0;
}

C#计算闵可夫斯基距离

using System;
using System.Collections.Generic;public class Program
{static double Minkowski(List<double> A, List<double> B, double P){double X = 0.0;for (int i = 0; i < A.Count; ++i){X += Math.Pow(Math.Abs(A[i] - B[i]), P);}double Z = 1.0 / P;return Math.Pow(X, Z);}public static void Main(){List<double> A = new List<double> { 1, 2, 3, 4 };List<double> B = new List<double> { 5, 6, 7, 8 };double P = 2.0;Console.WriteLine(Minkowski(A, B, P));}
}

Java计算闵可夫斯基距离

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class MinkowskiDistance {private static doubleminkowski(List<Double> A, List<Double> B, double P){double X = 0.0;for (int i = 0; i < A.size(); ++i) {X += Math.pow(Math.abs(A.get(i) - B.get(i)), P);}double Z = 1.0 / P;return Math.pow(X, Z);}public static void main(String[] args){List<Double> A = List.of(1.0, 2.0, 3.0, 4.0);List<Double> B = List.of(5.0, 6.0, 7.0, 8.0);double P = 2.0;System.out.println(minkowski(A, B, P));}
}

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