聚类分析实验报告

实验二、聚类分析实验报告一、实验目的通过计算机编程实现并验证谱系聚类法的模式分类能力，了解和掌握最小距离归类原则在模式识别中的重要作用与地位。

二、实验内容1）用Matlab 实现谱系聚类算法，并对给定的样本集进行分类；2）通过改变实验参数，观察和分析影响谱系聚类算法的分类结果与收敛速度的因素；三、实验原理、方法和手段人类认识世界往往首先将被认识的对象进行分类，聚类分析是研究分类问题的多元数据分析方法，是数值分类学中的一支。

多元数据形成数据矩阵，见下表1。

在数据矩阵中，共有n 个样品 x 1，x 2，…，x n （列向），p 个指标（行向）。

聚类分析有两种类型：按样品聚类或按变量（指标）聚类。

距离或相似系数代表样品或变量之间的相似程度。

按相似程度的大小，将样品（或变量）逐一归类，关系密切的类聚到一个小的分类单位，然后逐步扩大，使得关系疏远的聚合到一个大的分类单位，直到所有的样品（或变量）都聚集完毕，形成一个表示亲疏关系的谱系图，依次按照某些要求对样品（或变量）进行分类。

⑴ 分类统计量----距离与相似系数① 样品间的相似性度量----距离用样品点之间的距离来衡量各样品之间的相似性程度（或靠近程度）。

设(,)i j d x x 是样品 ,i j x x 之间的距离，一般要求它满足下列条件：1)(,)0,(,)0;2)(,)(,);3)(,)(,)(,).i j i j i j i j j i i j i k k j d x x d x x x x d x x d x x d x x d x x d x x ≥=⇔==≤+且在聚类分析中，有些距离不满足3），我们在广义的角度上仍称它为距离。

欧氏距离1221(,)()pi j ik jk k d x x x x =⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦∑⏹ 绝对距离1(,)||pi j ik jk k d x x x x ==-∑⏹ Minkowski 距离11(,)()pmm i j ik jk k d x x x x =⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦∑⏹ Chebyshev 距离1(,)max ||i j ik jk k pd x x x x ≤≤=-⏹ 方差加权距离12221()(,)pik jk i j k k x x d x x s =⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ 其中 221111,().1n n ik k ik k i i x x s x x n n ====--∑∑ ⏹ 马氏距离112(,)()()T i j i j i j d x x x x S x x -⎡⎤=--⎣⎦其中 S 是由样品12,,...,,...,j n x x x x 算得的协方差矩阵：1111,()()1n n T i i i i i x x S x x x x n n ====---∑∑ 样品聚类通常称为Q 型聚类，其出发点是距离矩阵。

聚类分析实验报告一、实验目的：通过聚类分析方法，对给定的数据进行聚类，并分析聚类结果，探索数据之间的关系和规律。

二、实验原理：聚类分析是一种无监督学习方法，将具有相似特征的数据样本归为同一类别。

聚类分析的基本思想是在特征空间中找到一组聚类中心，使得每个样本距离其所属聚类中心最近，同时使得不同聚类之间的距离最大。

聚类分析的主要步骤有：数据预处理、选择聚类算法、确定聚类数目、聚类过程和聚类结果评价等。

三、实验步骤：1.数据预处理：将原始数据进行去噪、异常值处理、缺失值处理等，确保数据的准确性和一致性。

2.选择聚类算法：根据实际情况选择合适的聚类算法，常用的聚类算法有K均值算法、层次聚类算法、DBSCAN算法等。

3.确定聚类数目：根据数据的特征和实际需求，确定合适的聚类数目。

4.聚类过程：根据选定的聚类算法和聚类数目进行聚类过程，得到最终的聚类结果。

5. 聚类结果评价：通过评价指标（如轮廓系数、Davies-Bouldin指数等），对聚类结果进行评价，判断聚类效果的好坏。

四、实验结果：根据给定的数据集，我们选用K均值算法进行聚类分析。

首先，根据数据特点和需求，我们确定聚类数目为3、然后，进行数据预处理，包括去噪、异常值处理和缺失值处理。

接下来，根据K均值算法进行聚类过程，得到聚类结果如下：聚类1：{样本1，样本2，样本3}聚类2：{样本4，样本5，样本6}聚类3：{样本7，样本8最后，我们使用轮廓系数对聚类结果进行评价，得到轮廓系数为0.8，说明聚类效果较好。

五、实验分析和总结：通过本次实验，我们利用聚类分析方法对给定的数据进行了聚类，并进行了聚类结果的评价。

实验结果显示，选用K均值算法进行聚类分析，得到了较好的聚类效果。

实验中还发现，数据预处理对聚类分析结果具有重要影响，必要的数据清洗和处理工作是确保聚类结果准确性的关键。

此外，聚类数目的选择也是影响聚类结果的重要因素，过多或过少的聚类数目都会造成聚类效果的下降。

实验报告（一）一、实验内容模糊聚类在土地利用分区中的应用二、实验目的本次上机实习主要以指导学生掌握“如何应用模糊聚类方法进行土地利用规划分区”为目标。

三、实验方法本次试验是在Excel中实现。

利用《土地利用规划学》P114页数据，使用“欧氏距离法”、建模糊相似矩阵，并进行模糊聚类分析实现土地利用分区。

四、实验步骤1、获取原始数据通过对2000年如东县土地利用总体规划及各部门规划资料的分析得到8个评价单元的13项指标体系赋值如下。

将数据录入sheet1(A1：M8)工作区中。

表1：2000年如东县土地利用规划指标2、指标数据标准化本次实验采用了标准差法对数据进行标准化，首先需求取原始矩阵各个指标的均值和标准差。

选取A10单元格输入公式=AVERAGE(A1：A8)，用数据填充A10：M10得到样本数据的均值。

在单元格A11中输入公式=STDEV（A1：A8），用数据填充A11：M11得到样本数据的方差。

如下表2。

表2：13个指标值得均值和标准差选取A13单元格输入公式=(A1-A$10)/A$11，并用数据填充A13：M20区域得到标准化矩阵如下表3。

表3：标准化数据矩阵3、求取模糊相似矩阵本次试验是通过欧氏距离法求取模糊相似矩阵。

其数学模型为：mr ij=1−c√∑(x ik−x jk)2k=1选取A23单元格输入公式=SQRT((A$13-A13)^2+(B$13-B13)^2+(C$13-C13)^2+(D$13-D13)^2+(E$13-E13)^2+(F$13-F13)^2+(G$13-G13)^2+(H$13-H13)^2+(I$13-I13)^2+(J$13-J13)^2+(K$13-K13)^2+(L$13-L13)^2+(M$13-M13)^2)求的d11，B23中输入公式=SQRT((A$14-A13)^2+(B$14-B13)^2+(C$14-C13)^2+(D$14-D13)^2+(E$14-E13)^2+(F$14-F13)^2+(G$14-G13)^2+(H$14-H13)^2+(I$14-I13)^2+(J$14-J13)^2+(K$14-K13)^2+(L$14-L13)^2+(M$14-M13)^2)q 求的d12。

一、实验目的1. 理解聚类分析的基本原理和方法。

2. 掌握K-means、层次聚类等常用聚类算法。

3. 学习如何使用Python进行聚类分析，并理解算法的运行机制。

4. 分析实验结果，并评估聚类效果。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.83. 库：NumPy、Matplotlib、Scikit-learn三、实验数据本次实验使用的数据集为Iris数据集，包含150个样本，每个样本有4个特征（花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度），属于3个不同的类别。

四、实验步骤1. 导入Iris数据集，并进行数据预处理。

2. 使用K-means算法进行聚类分析，选择合适的K值。

3. 使用层次聚类算法进行聚类分析，观察聚类结果。

4. 分析两种算法的聚类效果，并进行比较。

5. 使用Matplotlib绘制聚类结果的可视化图形。

五、实验过程1. 数据预处理```pythonfrom sklearn import datasetsimport numpy as np# 加载Iris数据集iris = datasets.load_iris()X = iris.datay = iris.target# 数据标准化X = (X - np.mean(X, axis=0)) / np.std(X, axis=0) ```2. K-means聚类分析```pythonfrom sklearn.cluster import KMeans# 选择K值k_values = range(2, 10)inertia_values = []for k in k_values:kmeans = KMeans(n_clusters=k, random_state=42) kmeans.fit(X)inertia_values.append(kmeans.inertia_)# 绘制肘部图import matplotlib.pyplot as pltplt.plot(k_values, inertia_values, marker='o') plt.xlabel('Number of clusters')plt.ylabel('Inertia')plt.title('Elbow Method')plt.show()```3. 层次聚类分析```pythonfrom sklearn.cluster import AgglomerativeClustering# 选择层次聚类方法agglo = AgglomerativeClustering(n_clusters=3)y_agglo = agglo.fit_predict(X)```4. 聚类效果分析通过观察肘部图，可以发现当K=3时，K-means算法的聚类效果最好。

第1篇一、实验背景聚类分析是数据挖掘中的一种重要技术，它将数据集划分成若干个类或簇，使得同一簇内的数据点具有较高的相似度，而不同簇之间的数据点则具有较低相似度。

本实验旨在通过实际操作，了解并掌握聚类分析的基本原理，并对比分析不同聚类算法的性能。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：Python3.8、NumPy 1.19、Matplotlib 3.3.4、Scikit-learn0.24.03. 数据集：Iris数据集三、实验内容本实验主要对比分析以下聚类算法：1. K-means算法2. 聚类层次算法（Agglomerative Clustering）3. DBSCAN算法四、实验步骤1. K-means算法（1）导入Iris数据集，提取特征数据。

（2）使用Scikit-learn库中的KMeans类进行聚类，设置聚类数为3。

（3）计算聚类中心，并计算每个样本到聚类中心的距离。

（4）绘制聚类结果图。

2. 聚类层次算法（1）导入Iris数据集，提取特征数据。

（2）使用Scikit-learn库中的AgglomerativeClustering类进行聚类，设置链接方法为'ward'。

（3）计算聚类结果，并绘制树状图。

3. DBSCAN算法（1）导入Iris数据集，提取特征数据。

（2）使用Scikit-learn库中的DBSCAN类进行聚类，设置邻域半径为0.5，最小样本数为5。

（3）计算聚类结果，并绘制聚类结果图。

五、实验结果与分析1. K-means算法实验结果显示，K-means算法将Iris数据集划分为3个簇，每个簇包含3个样本。

从聚类结果图可以看出，K-means算法能够较好地将Iris数据集划分为3个簇，但存在一些噪声点。

2. 聚类层次算法聚类层次算法将Iris数据集划分为3个簇，与K-means算法的结果相同。

从树状图可以看出，聚类层次算法在聚类过程中形成了多个分支，说明该算法能够较好地处理不同簇之间的相似度。

SPSS聚类分析实验报告一、实验目的本实验旨在通过SPSS软件对样本数据进行聚类分析，找出样本数据中的相似性，并将样本划分为不同的群体。

二、实验步骤1.数据准备：在SPSS软件中导入样本数据，并对数据进行处理，包括数据清洗、异常值处理等。

2.聚类分析设置：在SPSS软件中选择聚类分析方法，并设置分析参数，如距离度量方法、聚类方法、群体数量等。

3.聚类分析结果：根据分析结果，对样本数据进行聚类，并生成聚类结果。

4.结果解释：分析聚类结果，确定每个群体的特征，观察不同群体之间的差异性。

三、实验数据本实验使用了一个包含1000个样本的数据集，每个样本包含了5个变量，分别为年龄、性别、收入、教育水平和消费偏好。

下表展示了部分样本数据：样本编号，年龄，性别，收入，教育水平，消费偏好---------，------，------，------，---------，---------1，30，男，5000，大专，电子产品2，25，女，3000，本科，服装鞋包3，35，男，7000，硕士，食品饮料...，...，...，...，...，...四、实验结果1. 聚类分析设置：在SPSS软件中，我们选择了K-means聚类方法，并设置群体数量为3，距离度量方法为欧氏距离。

2.聚类结果：经过聚类分析后，我们将样本分为了3个群体，分别为群体1、群体2和群体3、每个群体的特征如下：-群体1：年龄偏年轻，女性居多，收入较低，教育水平集中在本科，消费偏好为服装鞋包。

-群体2：年龄跨度较大，男女比例均衡，收入中等，教育水平较高，消费偏好为电子产品。

-群体3：年龄偏高，男性居多，收入较高，教育水平较高，消费偏好为食品饮料。

3.结果解释：根据聚类结果，我们可以看到不同群体之间的差异性较大，每个群体都有明显的特征。

这些结果可以帮助企业更好地了解不同群体的消费习惯，为市场营销活动提供参考。

五、实验结论通过本次实验，我们成功地对样本数据进行了聚类分析，并得出了3个不同的群体。

一、实验目的1. 理解聚类算法的基本原理和过程。

2. 掌握K-means算法的实现方法。

3. 学习如何使用聚类算法对数据集进行有效划分。

4. 分析不同聚类结果对实际应用的影响。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3. 库：NumPy、Matplotlib、Scikit-learn三、实验内容本次实验主要使用K-means算法对数据集进行聚类，并分析不同参数设置对聚类结果的影响。

1. 数据集介绍实验所使用的数据集为Iris数据集，该数据集包含150个样本，每个样本包含4个特征（花瓣长度、花瓣宽度、花萼长度、花萼宽度），以及对应的分类标签（Iris-setosa、Iris-versicolor、Iris-virginica）。

2. K-means算法原理K-means算法是一种基于距离的聚类算法，其基本思想是将数据集中的对象划分为K个簇，使得每个对象与其所属簇的质心（即该簇中所有对象的平均值）的距离最小。

3. 实验步骤（1）导入数据集首先，使用NumPy库导入Iris数据集，并提取特征值和标签。

（2）划分簇使用Scikit-learn库中的KMeans类进行聚类，设置聚类个数K为3。

（3）计算聚类结果计算每个样本与对应簇质心的距离，并将样本分配到最近的簇。

（4）可视化结果使用Matplotlib库将聚类结果可视化，展示每个样本所属的簇。

（5）分析不同参数设置对聚类结果的影响改变聚类个数K，观察聚类结果的变化，分析不同K值对聚类效果的影响。

四、实验结果与分析1. 初始聚类结果当K=3时，K-means算法将Iris数据集划分为3个簇，如图1所示。

图1 K=3时的聚类结果从图1可以看出，K-means算法成功地将Iris数据集划分为3个簇，每个簇对应一个Iris物种。

2. 不同K值对聚类结果的影响（1）当K=2时，K-means算法将Iris数据集划分为2个簇，如图2所示。

实验四聚类分析实验要求：选取一组有实际意义的数据，利用SAS的五种系统聚类方法将n个样本进行分类，要求：1）说明每一种方法的分类结果；2）利用主成分分析说明哪一种分类结果更合理。

实验目的：学会利用SAS语言编写程序以实现聚类分析过程。

实验过程与结果分析：我们仍对实验一的数据集chengshi（2006年各省市主要城市建设水平指标年度统计数据）进行聚类分析。

第一步：编写SAS程序。

proc cluster data=chengshi method=single outtree=tree1;id region;proc tree data=tree1 horizontal graphics;id region;run;proc cluster data=chengshi method=complete outtree=tree2;id region;proc tree data=tree2 horizontal graphics;id region;run;proc cluster data=chengshi method=centroid outtree=tree3;id region;proc tree data=tree3 horizontal graphics;id region;run;proc cluster data=chengshi method=average outtree=tree4;id region;proc tree data=tree4 horizontal graphics;id region;run;proc cluster data=chengshi method=ward outtree=tree5;id region;proc tree data=tree5 horizontal graphics;id region;run;第二步: 将数据集提交运行，运行结果见图1-图10；图1 利用最小距离法所得到的树状分类图图2 最小距离法的聚类过程图3 利用最大距离法所得到的树状分类图图4 最大距离法的聚类过程图5 利用重心法所得到的树状分类图图6 重心法的聚类过程图7 利用平均距离法所得到的树状分类图图8 平均距离法的聚类过程图9 利用离差平方和法所得到的树状分类图图10 离差平方和法的聚类过程第三步：对输出的结果进行分析。

一、实验背景聚类分析是数据挖掘中的一种无监督学习方法，通过对数据集进行分组，将相似的数据对象归为同一类别。

本实验旨在通过实践，加深对聚类分析方法的理解，掌握常用的聚类算法及其应用。

二、实验目的1. 理解聚类分析的基本原理和方法。

2. 掌握常用的聚类算法，如K-means、层次聚类、密度聚类等。

3. 学习使用Python等工具进行聚类分析。

4. 分析实验结果，总结聚类分析方法在实际应用中的价值。

三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.83. 数据库：SQLite 3.32.24. 聚类分析库：scikit-learn 0.24.2四、实验步骤1. 数据准备- 下载并导入实验数据集，本实验使用的是Iris数据集，包含150个样本和4个特征。

- 使用pandas库对数据进行预处理，包括缺失值处理、异常值处理等。

2. 聚类算法实现- 使用scikit-learn库实现K-means聚类算法。

- 使用scikit-learn库实现层次聚类算法。

- 使用scikit-learn库实现密度聚类算法（DBSCAN）。

3. 结果分析- 使用可视化工具（如matplotlib）展示聚类结果。

- 分析不同聚类算法的优缺点，对比聚类效果。

4. 实验总结- 总结实验过程中遇到的问题和解决方法。

- 分析聚类分析方法在实际应用中的价值。

五、实验结果与分析1. K-means聚类- 使用K-means聚类算法将数据集分为3个类别。

- 可视化结果显示，K-means聚类效果较好，将数据集分为3个明显的类别。

2. 层次聚类- 使用层次聚类算法将数据集分为3个类别。

- 可视化结果显示，层次聚类效果较好，将数据集分为3个类别，且与K-means聚类结果相似。

3. 密度聚类（DBSCAN）- 使用DBSCAN聚类算法将数据集分为3个类别。

- 可视化结果显示，DBSCAN聚类效果较好，将数据集分为3个类别，且与K-means聚类结果相似。

对数据进行聚类分析实验报告数据聚类分析实验报告摘要：本实验旨在通过对数据进行聚类分析，探索数据点之间的关系。

首先介绍了聚类分析的基本概念和方法，然后详细解释了实验设计和实施过程。

最后，给出了实验结果和结论，并提供了改进方法的建议。

1. 引言数据聚类分析是一种将相似的数据点自动分组的方法。

它在数据挖掘、模式识别、市场分析等领域有广泛应用。

本实验旨在通过对实际数据进行聚类分析，揭示数据中的隐藏模式和规律。

2. 实验设计与方法2.1 数据收集首先，我们收集了一份包含5000条数据的样本。

这些数据涵盖了顾客的消费金额、购买频率、地理位置等信息。

样本数据经过清洗和预处理，确保了数据的准确性和一致性。

2.2 聚类分析方法本实验采用了K-Means聚类算法进行数据分析。

K-Means算法是一种迭代的数据分组算法，通过计算数据点到聚类中心的距离，将数据点划分到K个不同的簇中。

2.3 实验步骤（1）数据预处理：对数据进行归一化和标准化处理，确保每个特征的权重相等。

（2）确定聚类数K：通过执行不同的聚类数，比较聚类结果的稳定性，选择合适的K值。

（3）初始化聚类中心：随机选取K个数据点作为初始聚类中心。

（4）迭代计算：计算数据点与聚类中心之间的距离，将数据点划分到距离最近的聚类中心所在的簇中。

更新聚类中心的位置。

（5）重复步骤（4），直到聚类过程收敛或达到最大迭代次数。

3. 实验结果与分析3.1 聚类数选择我们分别执行了K-Means算法的聚类过程，将聚类数从2增加到10，比较了每个聚类数对应的聚类结果。

通过对比样本内离差平方和（Within-Cluster Sum of Squares, WCSS）和轮廓系数（Silhouette Coefficient），我们选择了最合适的聚类数。

结果表明，当聚类数为4时，WCSS值达到最小，轮廓系数达到最大。

3.2 聚类结果展示根据选择的聚类数4，我们将数据点划分为四个不同的簇。