实习日记:图像检索算法 LSH 的总结与分析(matlab)
最开始仿真和精度测试,基于 matlab 完成的。
Demo_MakeTable.m (生成 Hash 表)
- %========================================
- %***********************************
- %******* 设定参数: *****************
- %******* l : hash表个数 ********
- %******* k : 各表关键字个数 *******
- %=========================================
- clear all; close all; clc;
- l = 3;
- k = 15;
- sData = textread('./Data/data.txt', '%s');
- n = length(sData);
- Data = false(n, 128);
- for i = 1 : n
- Data(i, :) = sData{i} - '0';
- end
- clear sData;
- Tables = lsh_1norm(l, k, Data);
- save(['.\Data\' num2str(l) '_' num2str(k) '_Tables'], 'Tables');
- % cd ./ErrorCompute
- % Demo_ErrorStat
- %% Write Hash keys and the Index
- % 多线程
- % matlabpool local 10
- % for i = 1 : l
- % fprintf('第 %d 个哈希表.\n', i);
- % Write_Hash_Index(k, Tables(i), i);
- % end
- % matlabpool close
lsh_1norm.m (核心函数,我用其组织了整个索引结构生成过程)
- function T2 = lsh_1norm(l, k, yy)
- %==================================
- % parameters setting && getting
- % [n d] = size(x);
- %==================================
- %************ 数据集预处理 : 转 hamming 空间(维度小于100时使用) ********
- % fprintf('数据集转换到 Hamming space.\n');
- % tic
- % x = x'; % n x d (d < 100)
- % C = max(x(:));
- % dim = size(x);
- % yy = false(dim(1), dim(2) * 255);
- % for i = 1 : dim(1)
- % for j = 1 : dim(2)
- % oneO = false(1,C);
- % oneO(1:x(i,j)) = 1;
- % yy(i,(j-1)*C+1 : (j-1)*C+C) = oneO;
- % end
- % end
- % clear oneO x;
- % toc
- % fprintf('转换 Hamming space 完成.\n');
- %==================================
- fprintf('初始化 %d 个 Hash 表...\n', l);
- % matlabpool local 10
- % 可并行
- for i = 1 : l
- % creat and init Tables[i] = f(k, x);
- T1(i) = createTable(k, yy);
- end
- % matlabpool close
- fprintf('初始化完成。\n');
- %=====================================
- tic;
- matlabpool local 10
- % save the index of feature data
- % insert(T, x);
- for i = 1 : l
- fprintf('数据插入第 %d 个hash表\n', i);
- T2(i) = insert_data(T1(i), yy);
- end
- matlabpool close
- toc;
- % clc;
- %======================================
createTable.m
- function T = createTable(k, x)
- % M = size(x,1)+17; % length of second hashTable (hashTable2)
- M = 587474;
- d = size(x, 2);
- select_d = unidrnd(d, 1, k);
- I.d = select_d;
- % I.threshold = unifrnd(0, 1, 1, k) * 255; % value interval [0 255]
- I.k = k;
- T.I = I;
- T.randDigits = unidrnd(M, 1, k);
- T.buckets = [];
- T.index = {};
- T.hashTable2 = cell(M,1);
insert_data.m
- function T = insert_data(T, x)
- % M = size(x, 1) + 17;
- M = 587474;
- % buck01 = x(T.I.d, :)' < repmat(T.I.threshold, size(x,2), 1);
- buck01 = x(:, T.I.d);
- [uBuck id1 id2] = unique(buck01,'rows');
- T.buckets = logical(uBuck);
- T.bucket_cnt = length(id1);
- key = mod(sum(bsxfun(@times, uBuck, T.randDigits),2), M) + 1; % matalb 下标从 1 开始
- T.index = cell(length(id1), 1);
- for bb = 1 : length(id1)
- sameBucket = find(id2 == bb);
- T.index{bb} = [T.index{bb}; sameBucket'];
- T.hashTable2{key(bb)} = [T.hashTable2{key(bb)} bb];
- end
Demo_computeError.m (测试精确度)
- % clear all; clc;
- p = 1;
- load(['..\Data\3_15_Tables.mat']);
- load('..\Data\data.mat');
- load('..\Data\query.mat');
- Data = Data';
- avgErr = zeros(1, 50);
- MissSum = zeros(1, 50);
- picErr = zeros(1,50); picErr(1) = 0.982;
- for K = 1 : 10
- MissCnt = 0;
- ratioCnt = 0;
- fid = fopen(['K_' num2str(K) '.txt'], 'w');
- for i = 1 : length(Q) % the ith input.
- % fprintf(fid, '%-5d', i);
- % fprintf([num2str(i) ' ']);
- q = Q(i,:)';
- [Id1, Mis] = LSH_Search(q', K, Tables, Data, p);
- if Mis
- MissCnt = MissCnt + 1;
- fprintf(fid, 'Miss\n');
- continue;
- end
- % num = num + 1;
- % imwrite(uint8(input),['.\Data\','query_subset2\',num2str(num),'.bmp']);
- Id2 = Linear_Search(q, K, Data, p);
- Dlsh = lp_norm(q, Data(:, Id1), p);
- Dcst = lp_norm(q, Data(:, Id2), p);
- id = Dlsh == Dcst;
- ratio = Dcst ./ (Dlsh + 0.00002);
- ratio(id) = 1;
- % for j = 1 : K
- % fprintf(fid, '%-8.2f', ratio(j));
- % end
- fprintf(fid, 'error: %8.3f\n', ratio(K));
- ratioCnt = ratioCnt + ratio(K);
- end
- fprintf(fid, 'Hit times: %-5d Avg. error: %.3f\n', length(Q)-MissCnt, ratioCnt/(length(Q)-MissCnt));
- avgErr(K) = ratioCnt/(length(Q)-MissCnt);
- fprintf(fid, 'Miss times: %-5d Miss ratio: %.3f', MissCnt, MissCnt/length(Q));
- MissSum(K) = MissCnt;
- picErr(K) = ratioCnt / (length(Q)-MissCnt);
- fclose(fid);
- end
- % figure,plot(1:50,avgErr,'-r.','MarkerFaceColor','g'),
- % xlabel('number of K'),ylabel('Error'),title('Error of LSH');
- % figure, plot(1:50,MissSum/146,'-r.','MarkerEdgeColor','k'),
- % xlabel('number of K'),ylabel('Miss ratio'),title('Qurey miss of LSH');
- figure,plot(1:10,picErr(1:10),'-r.','MarkerFaceColor','g'),
- xlabel('number of K'),ylabel('Error'),title('Error of LSH');
Linear_Search.m
- function Index = Linear_Search(q, K, DataSet, p)
- D = feval('lp_norm', q, DataSet, p);
- [~, id] = sort(D);
- Index = id(1 : K);
lp_norm.m (此处使用了 Hamming distance, p = 2 时,可以调整为 l2 范式欧式距离)
- %************ get the distance **********************
- function distance = lp_norm(x0, x, p)
- tem = repmat(x0, 1, size(x,2));
- distance = sum((abs(tem - x) .^ p), 1) .^ (1/p);
lookup.m (LSH 查找)
- function Index = lookup(T, q) % x can be removed
- %========================================================
- %************ 参数解释: ***********************
- %************ T : 哈希表 ***********************
- %************ x : 总数据集 **********************
- %************ q: 查询
- %
- %========================================================
- %========================================================
- index = [];
- % 可并行
- for i = 1 : length(T)
- tem = getIndex(T(i), q);
- index = [index tem];
- end
- Index = unique(index);
getIndex.m
- function tableiIndex = getIndex(T, x0)
- M = length(T.hashTable2);
- tableiIndex = [];
- seq01_x = x0(:, T.I.d);
- index_x = mod(sum(bsxfun(@times, seq01_x, T.randDigits),2), M) + 1;
- if ~isempty(T.hashTable2{index_x})
- index_bucket = T.hashTable2{index_x};
- %******************************************
- %for i = 1 : length(index_bucket)
- %******************************************
- uni_index_bucket = index_bucket(find(all(bsxfun(@eq, seq01_x, T.buckets(index_bucket, :)), 2)));
- for i = 1 : length(uni_index_bucket)
- tableiIndex = [tableiIndex T.index{uni_index_bucket(i)}];
- end
- end
Linear_Search.m (线性查找)
- function Index = Linear_Search(q, K, DataSet, p)
- D = feval('lp_norm', q, DataSet, p);
- [~, id] = sort(D);
- Index = id(1 : K);
(横轴为 K-NN 中 K 的值,纵轴为准确度)
相关截图:
Algorithm proposed from Papers :
(Indyk 1999) similarity search in hish dimensions via hashing.
(Indyk 2005) Locality-sensitive hashing scheme based on p-stable distributions.
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