diff --git a/doc/densmap_demo.rst b/doc/densmap_demo.rst index 9a580b24..59a9b0fc 100644 --- a/doc/densmap_demo.rst +++ b/doc/densmap_demo.rst @@ -99,7 +99,7 @@ narrower, taller, shorter, sloping one way or another); this results in less local density in high dimensional space, and this lack of local density has been preserved by DensMAP. -Let’s no look at the Fashion-MNIST dataset; as before we’ll start by +Let’s now look at the Fashion-MNIST dataset; as before we’ll start by reminding ourselves what the default UMAP results look like: .. code:: python3 @@ -230,3 +230,155 @@ And indeed, this looks very much like the original plot, but the bags (label 8 in blue) are slightly more diffused, and the pants (label 1 in red) are a little denser. This is very much the default UMAP with just a tweak to better reflect some notion of local density. + +Supervised DensMAP on the Galaxy10SDSS dataset +---------------------------------------------- + +The `Galaxy10SDSS dataset `__ +is a crowd sourced human labelled dataset of galaxy images, +which have been separated in to ten classes. DensMAP can +learn an embedding that partially separates the data. To +keep runtime small, DensMAP is applied to a subset of the +data. + +.. code:: python3 + + import numpy as np + import h5py + import matplotlib.pyplot as plt + import umap + import os + import math + import requests + + if not os.path.isfile("Galaxy10.h5"): + url = "http://astro.utoronto.ca/~bovy/Galaxy10/Galaxy10.h5" + r = requests.get(url, allow_redirects=True) + open("Galaxy10.h5", "wb").write(r.content) + + # To get the images and labels from file + with h5py.File("Galaxy10.h5", "r") as F: + images = np.array(F["images"]) + labels = np.array(F["ans"]) + + X_train = np.empty([math.floor(len(labels) / 100), 14283], dtype=np.float64) + y_train = np.empty([math.floor(len(labels) / 100)], dtype=np.float64) + X_test = X_train + y_test = y_train + # Get a subset of the data + for i in range(math.floor(len(labels) / 100)): + X_train[i, :] = np.array(np.ndarray.flatten(images[i, :, :, :]), dtype=np.float64) + y_train[i] = labels[i] + X_test[i, :] = np.array( + np.ndarray.flatten(images[i + math.floor(len(labels) / 100), :, :, :]), + dtype=np.float64, + ) + y_test[i] = labels[i + math.floor(len(labels) / 100)] + + # Plot distribution + classes, frequency = np.unique(y_train, return_counts=True) + fig = plt.figure(1, figsize=(4, 4)) + plt.clf() + plt.bar(classes, frequency) + plt.xlabel("Class") + plt.ylabel("Frequency") + plt.title("Data Subset") + plt.savefig("galaxy10_subset.svg") + + + +.. image:: images/galaxy10_subset.svg + + +The figure shows that the selected subset of the data set is +unbalanced, but the entire dataset is also unbalanced, so +this experiment will still use this subset. The next step is +to examine the output of the standard DensMAP algorithm. + +.. code:: python3 + + reducer = umap.UMAP( + densmap=True, n_components=2, random_state=42, verbose=False + ) + reducer.fit(X_train) + + galaxy10_densmap = reducer.transform(X_train) + fig = plt.figure(1, figsize=(4, 4)) + plt.clf() + plt.scatter( + galaxy10_densmap[:, 0], + galaxy10_densmap[:, 1], + c=y_train, + cmap=plt.cm.nipy_spectral, + edgecolor="k", + label=y_train, + ) + plt.colorbar(boundaries=np.arange(11) - 0.5).set_ticks(np.arange(10)) + plt.savefig("galaxy10_2D_densmap.svg") + + + +.. image:: images/galaxy10_2D_densmap.svg + + +The standard DensMAP algorithm does not separate the galaxies +according to their type. Supervised DensMAP can do better. + +.. code:: python3 + + reducer = umap.UMAP( + densmap=True, n_components=2, random_state=42, verbose=False + ) + reducer.fit(X_train, y_train) + + galaxy10_densmap_supervised = reducer.transform(X_train) + fig = plt.figure(1, figsize=(4, 4)) + plt.clf() + plt.scatter( + galaxy10_densmap_supervised[:, 0], + galaxy10_densmap_supervised[:, 1], + c=y_train, + cmap=plt.cm.nipy_spectral, + edgecolor="k", + label=y_train, + ) + plt.colorbar(boundaries=np.arange(11) - 0.5).set_ticks(np.arange(10)) + plt.savefig("galaxy10_2D_densmap_supervised.svg") + + + +.. image:: images/galaxy10_2D_densmap_supervised.svg + + +Supervised DensMAP does indeed do better. There is a litle overlap +between some of the classes, but the original dataset +also has some ambiguities in the classification. The best +check of this method is to project the testing data onto the +learned embedding. + +.. code:: python3 + + galaxy10_densmap_supervised_prediction = reducer.transform(X_test) + fig = plt.figure(1, figsize=(4, 4)) + plt.clf() + plt.scatter( + galaxy10_densmap_supervised_prediction[:, 0], + galaxy10_densmap_supervised_prediction[:, 1], + c=y_test, + cmap=plt.cm.nipy_spectral, + edgecolor="k", + label=y_test, + ) + plt.colorbar(boundaries=np.arange(11) - 0.5).set_ticks(np.arange(10)) + plt.savefig("galaxy10_2D_densmap_supervised_prediction.svg") + + + +.. image:: images/galaxy10_2D_densmap_supervised_prediction.svg + + +This shows that the learned embedding can be used on new data +sets, and so this method may be helpful for examining images +of galaxies. Try out this method on the full 200 Mb dataset +as well as the newer 2.54 Gb +`Galaxy 10 DECals dataset `__ diff --git a/doc/images/galaxy10_2D_densmap.svg b/doc/images/galaxy10_2D_densmap.svg new file mode 100644 index 00000000..2fd158c9 --- /dev/null +++ b/doc/images/galaxy10_2D_densmap.svg @@ -0,0 +1,1419 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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index 00000000..c337608c --- /dev/null +++ b/doc/images/galaxy10_2D_densmap_supervised_prediction.svg @@ -0,0 +1,1417 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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b/doc/images/galaxy10_2D_umap_supervised_prediction.svg @@ -0,0 +1,1374 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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