K-均值聚类算法(原理加程序代码)
- 格式:doc
- 大小:28.50 KB
- 文档页数:2
k均值聚类的python代码K均值(K-means)聚类是一种常见的无监督学习算法,用于将数据集分成K 个不同的簇。
以下是使用Python 中的scikit-learn 库进行K 均值聚类的简单示例代码:```pythonimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltfrom sklearn.cluster import KMeansfrom sklearn.datasets import make_blobs# 生成一些随机数据data, labels = make_blobs(n_samples=300, centers=4, random_state=42)# 创建KMeans 模型,指定簇的数量kmeans = KMeans(n_clusters=4)# 用数据训练模型kmeans.fit(data)# 获取簇中心和预测的标签centers = kmeans.cluster_centers_predicted_labels = bels_# 绘制原始数据和簇中心plt.scatter(data[:, 0], data[:, 1], c=predicted_labels, cmap='viridis', edgecolor='k', s=50)plt.scatter(centers[:, 0], centers[:, 1], c='red', marker='X', s=200, label='Cluster Centers')plt.title('K-Means Clustering')plt.xlabel('Feature 1')plt.ylabel('Feature 2')plt.legend()plt.show()```上述代码的步骤如下:1. 生成一些随机数据(在实际应用中,你会使用你自己的数据)。
K-means算法是一种用于数据聚类的经典算法,它通过迭代将数据分成K个类别。
在本文中,我们将对K-means算法进行简单介绍,然后用一个例题来演示如何实现K-means算法的代码。
1. K-means算法简介K-means算法是一种无监督学习算法,它的基本原理是通过迭代将数据分成K个类别,使得每个数据点都属于与其最近的均值点所代表的类别。
K-means算法的过程可以简单分为以下几步:(1)随机选择K个初始均值点作为聚类中心;(2)对于每个数据点,计算其与K个均值点的距离,并将其归类到距离最近的均值点所代表的类别中;(3)更新每个类别的均值点为该类别中所有数据点的平均值;(4)重复步骤(2)和步骤(3),直到达到停止条件为止。
2. K-means算法例题代码实现下面我们用一个简单的例题来演示如何实现K-means算法的代码。
假设我们有如下的数据集:```X = [[1, 2], [1, 4], [1, 0], [4, 2], [4, 4], [4, 0]]我们的目标是将这个数据集分成两个类别。
我们可以用以下的Python 代码来实现K-means算法:```pythonimport numpy as npfrom sklearn.cluster import KMeansX = np.array([[1, 2], [1, 4], [1, 0], [4, 2], [4, 4], [4, 0]])kmeans = KMeans(n_clusters=2, random_state=0).fit(X)print(bels_)print(kmeans.cluster_centers_)```在这段代码中,我们首先导入了numpy库和sklearn库,并将我们的数据集X转换为numpy数组。
然后我们使用KMeans类来创建一个K-means模型,并指定聚类的数量为2。
接着我们使用fit方法来对数据进行聚类,并打印出每个数据点的类别和每个类别的均值点的位置。
k-means 算法一.算法简介k -means 算法,也被称为k -平均或k -均值,是一种得到最广泛使用的聚类算法。
它是将各个聚类子集内的所有数据样本的均值作为该聚类的代表点,算法的主要思想是通过迭代过程把数据集划分为不同的类别,使得评价聚类性能的准则函数达到最优,从而使生成的每个聚类内紧凑,类间独立。
这一算法不适合处理离散型属性,但是对于连续型具有较好的聚类效果。
二.划分聚类方法对数据集进行聚类时包括如下三个要点:(1)选定某种距离作为数据样本间的相似性度量k-means 聚类算法不适合处理离散型属性,对连续型属性比较适合。
因此在计算数据样本之间的距离时,可以根据实际需要选择欧式距离、曼哈顿距离或者明考斯距离中的一种来作为算法的相似性度量,其中最常用的是欧式距离。
下面我给大家具体介绍一下欧式距离。
假设给定的数据集 ,X 中的样本用d 个描述属性A 1,A 2…A d 来表示,并且d 个描述属性都是连续型属性。
数据样本x i =(x i1,x i2,…x id ), x j =(x j1,x j2,…x jd )其中,x i1,x i2,…x id 和x j1,x j2,…x jd 分别是样本x i 和x j 对应d 个描述属性A 1,A 2,…A d 的具体取值。
样本xi 和xj 之间的相似度通常用它们之间的距离d(x i ,x j )来表示,距离越小,样本x i 和x j 越相似,差异度越小;距离越大,样本x i 和x j 越不相似,差异度越大。
欧式距离公式如下:(2)选择评价聚类性能的准则函数k-means 聚类算法使用误差平方和准则函数来评价聚类性能。
给定数据集X ,其中只包含描述属性,不包含类别属性。
假设X 包含k 个聚类子集X 1,X 2,…X K ;{}|1,2,...,m X x m total ==(),i j d x x =各个聚类子集中的样本数量分别为n 1,n 2,…,n k ;各个聚类子集的均值代表点(也称聚类中心)分别为m 1,m 2,…,m k 。
模式识别第二章2. K-均值分类算法1. 实验原理和步骤以初始化聚类中心为1x 和10x 为例。
第一次迭代:第一步:取K=2,并选T x z )00()1(11==,T x z )67()1(102==。
第二步:因)1()1(2111z x z x -<-,故)1(11S x ∈因)1()1(2212z x z x -<-,故)1(12S x ∈因)1()1(2313z x z x -<-,故)1(13S x ∈……得到:},,,,,,,{)1(876543211x x x x x x x x S =},,,,,,,,,,,{)1(201918171615141312111092x x x x x x x x x x x x S =。
第三步:计算新的聚类中心:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⋯⋯++==∑∈125.1250.1)(811)2(821)1(111x x x x N z S x ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⋯⋯++==∑∈333.7663.7)(1211)2(20109)1(222x x x x N z S x (1N 和2N 分别为属于第一类和第二类的样本的数目)。
第四步:因)2()1(z z ≠,返回第二步。
第二次迭代(步骤同上):第二次迭代得到的⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=125.1250.1)3(1z ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=333.7663.7)3(2z ,)3()2(z z ≠,结束迭代,得到的最终聚类中心为:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=125.1250.11z ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=333.7663.72z 。
2. 实验结果截图(1)初始化聚类中心为1x 和10x 时:(2)初始化聚类中心为1x 和2x 时:(3)初始化聚类中心为12x 和20x 时:3. 程序代码%程序功能:实现K-均值分类%作者:赵晓梅 201428014628066%时间:2014.10.3clc;clear all ;fprintf('K-均值分类算法\n');k=0;%记录迭代次数x=[0,0;1,0;0,1;1,1;2,1;1,2;2,2;3,2;6,6;7,6;8,6;6,7;7,7;8,7;9,7;7,8;8,8;9,8;8,9;9,9];%输入样本[N n]=size(x);%N 表示样本数目;n 表示样本维度m=[12,20];z=[x(m(1),:);x(m(2),:)];%初始化聚类中心fprintf('初始聚类中心选:x%d 和x%d\n',m(1),m(2));%显示初始化聚类中心 D=size(z);K=D(1);%获取聚类数目d=zeros(1,K);%用于保存一个样本到K 个聚类中心的距离label=zeros(1,N);%用于标记每个样本属于哪个类,取值为1-K 之间的整数flag_end=0;%迭代结束标志,当为1时,迭代结束while(~flag_end)for i=1:Nfor j=1:Kd(j)=norm(x(i,:)-z(j,:));%计算第i个样本到第j个聚类中心的距离endmin_d=d(1);for j=1:Kif d(j)<=min_d%选取最短的距离,并用最短距离的索引标记样本,记样本为第j类min_d=d(j);label(i)=j;endendendz_new=zeros(K,n);%用于保存更新的聚类中心的坐标for j=1:K%更新聚类中心坐标num=0;for i=1:Nif label(i)==jz_new(j,:)=z_new(j,:)+x(i,:);num=num+1;endendz_new(j,:)=z_new(j,:)/num;%新的聚类中心的坐标为第j类样本的均值向量endif z==z_new%如果原聚类中心与更新的聚类中心相等,则迭代结束,迭代结束标志置1 flag_end=1;endz=z_new;k=k+1;%迭代次数加1endfprintf('经过 %d次迭代\n',k);%显示迭代次数for j=1:Kfprintf('第 %d类的聚类中心坐标为:(%f,%f)\n',j,z(j,1),z(j,2));%显示聚类中心坐标end。
kmeans 算法K-Means算法,也称为K均值聚类算法,是一种无监督机器学习方法,用于将数据集分成K个簇群。
该算法的核心思想是将数据点划分为不同的簇群,使得同一簇群内的点相似度尽可能高,而不同簇群之间的相似度尽可能低。
该算法可用于许多领域,如计算机视觉、医学图像处理、自然语言处理等。
1.工作原理K-Means算法的工作原理如下:1. 首先,从数据集中随机选择K个点作为初始簇群的中心点。
2. 接下来,计算每个数据点与K个中心点之间的距离,并将它们归入距离最近的簇群中。
这个过程称为“分配”。
3. 在所有数据点都被分配到簇群后,重新计算每个簇群的中心点,即将簇群中所有数据点的坐标取平均值得出新的中心点。
这个过程称为“更新”。
4. 重复执行2-3步骤,直到簇群不再发生变化或达到最大迭代次数为止。
2.优缺点1. 简单易懂,实现方便。
2. 可用于处理大量数据集。
1. 随机初始化可能导致算法无法找到全局最优解。
2. 结果受到初始中心点的影响。
3. 对离群值敏感,可能导致簇群数量不足或簇群数量偏多。
4. 对于非球形簇群,K-Means算法的效果可能较差。
3.应用场景K-Means算法可以广泛应用于许多领域,如:1. 机器学习和数据挖掘:用于聚类分析和领域分类。
2. 计算机视觉:用于图像分割和物体识别。
3. 自然语言处理:用于文本聚类和词向量空间的子空间聚类。
4. 财务分析:用于分析财务数据,比如信用评分和市场分析。
5. 医学图像处理:用于医学影像分析和分类。
总之,K-Means算法是一种简单有效的聚类算法,可用于处理大量数据集、连续型数据、图像和文本等多种形式数据。
但在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的簇群数量和初始中心点,在保证算法正确性和有效性的同时,减少误差和提高效率。
一、引言在机器学习和数据分析中,聚类是一种常用的数据分析技术,它可以帮助我们发现数据中的潜在模式和结构。
而k均值(k-means)聚类算法作为一种经典的聚类方法,被广泛应用于各种领域的数据分析和模式识别中。
本文将介绍matlab中k均值聚类算法的实现和代码编写。
二、k均值(k-means)聚类算法简介k均值聚类算法是一种基于距离的聚类算法,它通过迭代的方式将数据集划分为k个簇,每个簇内的数据点与该簇的中心点的距离之和最小。
其基本思想是通过不断调整簇的中心点,使得簇内的数据点与中心点的距离最小化,从而实现数据的聚类分布。
三、matlab实现k均值聚类算法步骤在matlab中,实现k均值聚类算法的步骤如下:1. 初始化k个簇的中心点,可以随机选择数据集中的k个点作为初始中心点。
2. 根据每个数据点与各个簇中心点的距离,将数据点分配给距离最近的簇。
3. 根据每个簇的数据点重新计算该簇的中心点。
4. 重复步骤2和步骤3,直到簇的中心点不再发生变化或者达到预定的迭代次数。
在matlab中,可以通过以下代码实现k均值聚类算法:```matlab设置参数k = 3; 设置簇的个数max_iter = 100; 最大迭代次数初始化k个簇的中心点centroids = datasample(data, k, 'Replace', false);for iter = 1:max_iterStep 1: 计算每个数据点与簇中心点的距离distances = pdist2(data, centroids);Step 2: 分配数据点给距离最近的簇[~, cluster_idx] = min(distances, [], 2);Step 3: 重新计算每个簇的中心点for i = 1:kcentroids(i, :) = mean(data(cluster_idx == i, :)); endend得到最终的聚类结果cluster_result = cluster_idx;```四、代码解释上述代码实现了k均值聚类算法的基本步骤,其中包括了参数设置、簇中心点的初始化、迭代过程中的数据点分配和中心点更新。
kmean算法原理
k均值聚类算法(k-means)是一种常用的聚类分析算法,它的主要原理如下:
1. 初始化:首先选择k个初始中心点,可以是随机选择或者根据先验知识选择。
这些中心点将作为聚类的中心。
2. 分配样本:将每个样本点分配给距离最近的中心点所代表的聚类。
3. 更新中心点:重新计算每个聚类的中心点,即将每个聚类中的样本点的均值作为新的中心点。
4. 重复步骤2和步骤3,直到满足终止条件(如达到最大迭代次数或者中心点不再更新)。
5. 输出结果:得到k个聚类,每个聚类包含一组样本点,这些样本点在空间中相互靠近,并且与其他聚类的样本点相距较远。
k均值聚类算法的核心思想是通过最小化各个样本点与所属聚类中心点之间的距离来实现聚类。
在迭代过程中,不断更新中心点的位置,使得所有样本点尽可能地靠近自己所属的聚类中心。
最终的聚类结果取决于初始中心点的选择和更新中心点的策略。
需要注意的是,k均值聚类算法对离群点比较敏感,并且需要预先设定聚类数量k。
因此,在应用k均值聚类算法时,需要根据具体问题进行合理的调参和评估聚类结果的质量。
K-均值聚类算法
1. K-均值聚类算法的工作原理:
K-means算法的工作原理:
算法首先随机从数据集中选取K个点作为初始聚类中心,然后计算各个样本到聚类中的距离,把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类。
计算新形成的每一个聚类的数据对象的平均值来得到新的聚类中心,如果相邻两次的聚类中心没有任何变化,说明样本调整结束,聚类准则函数已经收敛。
本算法的一个特点是在每次迭代中都要考察每个样本的分类是否正确。
若不正确,就要调整,在全部样本调整完后,再修改聚类中心,进入下一次迭代。
如果在一次迭代算法中,所有的样本被正确分类,则不会有调整,聚类中心也不会有任何变化,这标志着已经收敛,因此算法结束。
2.K-means聚类算法的一般步骤:
(1)从n个数据对象任意选择k个对象作为初始聚类中心;
(2)根据每个聚类对象的均值(中心对象),计算每个对象与这些中心对象的距离;并根据最小距离重新对相应对象进行划分;
(3)重新计算每个(有变化)聚类的均值(中心对象);
(4)循环
(2)到
(3)直到每个聚类不再发生变化为止。
1/ 1。
k均值聚类算法代码K均值聚类是一种有效的数据挖掘技术,它通过将数据划分为相似的集群来建立结构,从而更好地了解数据,其中K表示类别的数量。
我们要实现K均值聚类算法,需要定义几个变量和函数:•数据:我们的数据集由许多样本(每一行是一个样本,每一列是一个特征)组成,它们利用这些特征计算距离;•K:K是类别的数量,我们将数据集分为K个聚类;•初始化中心:我们需要一种有效的方法来初始化K个聚类中心•距离函数:多种不同的距离函数可以用于计算距离;•赋值函数:我们可以用不同的方法将样本分配给聚类;•更新函数:更新函数用于重新计算每个聚类中心;•停止准则:迭代可以停止,当比较新的和旧的聚类中心,如果它们的距离变得很小,就可以停止迭代过程;•输出:得到聚类结果。
以下代码实现了K均值聚类算法:#引入 Python 库import numpy as npimport pandas as pdfrom matplotlib import pyplot as plt#数据预处理data = pd.read_csv('dataset.csv',header=None)X = data.iloc[:, :-1].valuesy = data.iloc[:, -1].valuesX = np.array(X)#初始化K个聚类中心K = 3K_centers = np.random.randint(0, X.max(), size =(K, X.shape[1]))#定义距离函数def compute_distance(point, center):return np.linalg.norm(point-center)#赋值函数def assign_cluster(X, K_centers):clusters = np.zeros(X.shape[0])for index, point in enumerate(X):min_distance = float("inf")for i, center in enumerate(K_centers):distance = compute_distance(point, center) if distance < min_distance:min_distance = distanceclusters[index] = ireturn clusters#更新函数def update_centroids(X, clusters, K_centers):for i in range(K_centers.shape[0]):points = [X[j] for j in range(len(X)) ifclusters[j] == i]K_centers[i] = np.mean(points, axis = 0)return K_centers#停止准则def terminate(K_centers, new_centers):old_scores = 0for each in K_centers:old_scores += compute_distance(each, old_centers) new_scores = 0for each in new_centers:new_scores += compute_distance(each, new_centers)diff_score = abs(new_scores - old_scores)if diff_score < 0.1:return Trueelse:return False#聚类迭代clusters = np.zeros(X.shape[0])K_centers = np.random.randint(0, X.max(), size =(K,X.shape[1]))old_centers = np.zeros(K_centers.shape)iter_count = 0while(not terminate(K_centers, old_centers)):clusters = assign_cluster(X, K_centers)old_centers = np.copy(K_centers)K_centers = update_centroids(X, clusters, K_centers) iter_count += 1#输出聚类结果for index, point in enumerate(X):for i, center in enumerate(K_centers):if clusters[index] == i:plt.scatter(point[0], point[1], color ='gray', marker = 'x')plt.scatter(center[0], center[1], color ='red', marker = '*')plt.show()。
数据挖掘⼗⼤算法之K均值聚类算法K均值聚类算法⼀、相异度计算在正式讨论聚类前,我们要先弄清楚⼀个问题:如何定量计算两个可⽐较元素间的相异度。
⽤通俗的话说,相异度就是两个东西差别有多⼤,例如⼈类与章鱼的相异度明显⼤于⼈类与⿊猩猩的相异度,这是能我们直观感受到的。
但是,计算机没有这种直观感受能⼒,我们必须对相异度在数学上进⾏定量定义。
设,其中X,Y是两个元素项,各⾃具有n个可度量特征属性,那么X和Y的相异度定义为:,其中R为实数域。
也就是说相异度是两个元素对实数域的⼀个映射,所映射的实数定量表⽰两个元素的相异度。
下⾯介绍不同类型变量相异度计算⽅法。
1、标量(1)标量也就是⽆⽅向意义的数字,也叫标度变量。
现在先考虑元素的所有特征属性都是标量的情况。
例如,计算X={2,1,102}和Y={1,3,2}的相异度。
⼀种很⾃然的想法是⽤两者的欧⼏⾥得距离来作为相异度,欧⼏⾥得距离的定义如下:其意义就是两个元素在欧⽒空间中的集合距离,因为其直观易懂且可解释性强,被⼴泛⽤于标识两个标量元素的相异度。
将上⾯两个⽰例数据代⼊公式,可得两者的欧⽒距离为:除欧⽒距离外,常⽤作度量标量相异度的还有曼哈顿距离和闵可夫斯基距离,两者定义如下:(2)曼哈顿距离:(3)闵可夫斯基距离:(4)⽪尔逊系数(Pearson Correlation Coefficient)两个变量之间的⽪尔逊相关系数定义为两个变量之间的协⽅差和标准差的商.(其中,E为数学期望或均值,D为⽅差,D开根号为标准差,E{ [X-ux] [Y-uy]}称为随机变量X与Y的协⽅差,记为Cov(X,Y),即Cov(X,Y) = E{ [X-ux] [Y-ux]},⽽两个变量之间的协⽅差和标准差的商则称为随机变量X与Y的相关系数,记为欧⽒距离和曼哈顿距离可以看做是闵可夫斯基距离在p=2和p=1下的特例。
另外这三种距离都可以加权,这个很容易理解。
下⾯要说⼀下标量的规格化问题。
k均值聚类算法k均值聚类算法是一种无监督学习算法,它可以将数据点根据它们的特征值聚类在一起,而无需人工指定聚类的数量。
该算法的核心思想是将数据集划分为k个最相似的子集,其中每个子集都有着特定的平均属性值。
每次迭代,该算法都会重新确定代表性点并对数据进行聚类,直到算法达到最优解。
k均值聚类算法的原理k均值聚类算法的核心原理是通过将每个数据点与其最接近的“代表性点”(或称“中心点”)相比较,并将该数据点归类到与它最接近的聚类中。
该算法从一个初始参考点开始,通过重复迭代不断改变和更新中心点,从而得到最佳聚类结果。
k均值聚类算法和K-Means算法k均值聚类算法由Macqueen发明,而K-Means算法是由Stuart Lloyd在1957年提出的,它们有一些共同之处,但是也有不同之处。
K-Means算法是k均值聚类算法的一个变体,它的核心思想也是将数据点分组,只不过它在聚类的时候会把数据点看作是k个球,通过把每个数据点看作是球上的一个点,来进行聚类。
此外,K-Means算法和k均值聚类算法在求解过程中也是不同的。
K-Means算法在每次迭代中都只更新中心点,而k均值聚类算法在每次迭代中更新代表性点,而不仅仅是中心点。
k均值聚类算法的优点k均值聚类算法有很多优点,其中最重要的一个就是可以自动确定聚类的数量,这样就可以省去人工指定聚类数量的过程,另外,该算法运行速度还是相对较快的。
此外,它还可以处理大量的数据,因此,可以用来处理大规模的数据集,而且它可以有效处理离群点,即使其中有一些特异的数据也可以正确聚类,这是其它聚类算法所不具备的优势。
k均值聚类算法的缺点k均值聚类算法也有一些缺点,其中最主要的一个就是它受到初始代表性点的影响过大,也就是说,如果从初始状态开始的聚类结果不好,那么它就可能会得到一个偏离最终结果的结果。
另外,该算法也不能处理变化性数据,因为它会选择那些经常出现的数据为代表性点,忽略掉一些变化的数据,所以它不能很好的处理变化性数据。
K均值聚类一、实验意义及目的掌握K均值聚类算法原理,能够利用Matlab编制程序实现K均值聚类,熟悉基于Matlab 的算法处理函数,并能够利用算法解决简单问题。
二、实验内容(1)使用Matlab中的kmeans函数,对其进行聚类。
(2)针对实例数据~:按照K均值聚类原理,采用欧氏距离作为衡量,基于Matlab编制程序,将数据聚集为两类。
三、Matlab相关函数介绍(可采用help kmeans命令查看kmeans函数的使用方法)(1)kmeans函数1)[IDX, C] = kmeans(X, K):将输入的N个点分为K类。
参数:X:N×n的矩阵,每一行对应一个点,每个点为n维;K:要聚成的类别数;IDX:N×1的向量,其元素为每个点所属类的类序号;C:K个类的类重心坐标矩阵,一个K×n的的矩阵,每一行是每一类的类重心坐标。
2)[IDX, C, SUMD, D] =kmeans(..., 'PARAM1',val1, 'PARAM2',val2, ...):允许用户设置更多的参数及参数值,用来控制函数所用的迭代算法。
参数:sumd:1×K的向量,类内距离和向量(即类内各点与类重心距离之和);D:N×K的矩阵,每个点与每个类重心之间的距离矩阵。
其余参数:(2)silhouette函数根据聚类结果绘制轮廓图,从轮廓图上看每个点的分类是否合理。
轮廓图上第i个点的轮廓值定义为:其中是第i个点与同类的其他点之间的平均距离,b为一个向量,其元素是第i个点与不同类的类内各点之间的平均距离。
轮廓值的取值范围为[-1,1],值越大,说明第i个点的分类越合理;当时,说明第i个点的分类不合理,还有比目前分类更合理的方案。
调用格式:[S,H] = silhouette(X, CLUST,DISTANCE))参数:X:N×n的矩阵,每一行对应一个点,每个点为n维;CLUST:聚类结果,是由每个观测所属类的类序号构成的数值向量,或是由类名称构成的字符矩阵或字符串元胞数组;S:轮廓值向量,N×1的向量,其元素为相应点的轮廓值;h:图形句柄,指定h时绘制轮廓图。
r语言k均值聚类代码1.引言1.1 概述在数据分析和机器学习领域中,聚类是一种常用的数据分析方法。
K 均值聚类算法是一种常见的聚类算法,它能够将数据集中的样本划分为K 个不同的类别,每个类别中的样本互相之间的相似度较高,而不同类别之间的相似度较低。
K均值聚类算法的原理比较简单,它通过迭代的方式将所有样本点划分为K个类别。
在每一次迭代中,算法通过计算每个样本点与K个聚类中心的距离,将样本点划分到与其距离最近的类别中。
然后,更新每个类别的聚类中心,再次进行下一轮的样本点划分。
迭代过程会不断进行,直到聚类中心不再发生变化或达到设定的迭代次数。
R语言是一款广泛使用的数据分析和统计建模工具,它提供了丰富的聚类算法库和函数。
在R语言中,使用K均值聚类算法进行数据的聚类十分方便。
本文将介绍如何使用R语言中的K均值聚类代码进行数据聚类操作,包括数据准备和具体的K均值聚类代码示例。
本文的目的是为读者提供使用R语言进行K均值聚类的基本知识和实践操作指导,帮助读者快速上手使用K均值聚类算法进行数据的聚类分析。
通过本文的学习,读者将能够理解K均值聚类算法的原理、掌握使用R语言进行K均值聚类的步骤和技巧,进而能够将此算法应用于自己的数据分析和研究工作中。
在接下来的章节中,我们将首先介绍K均值聚类算法的原理和步骤。
然后,我们会详细讲解R语言中的K均值聚类代码,包括数据准备和聚类代码示例。
最后,我们将总结本文的内容并探讨K均值聚类算法的研究意义。
让我们一起开始学习使用R语言进行K均值聚类吧!1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下方面:文章的结构是为了清晰地展示和组织内容,使读者能够更好地理解和消化所阐述的主题。
本文将按照以下结构进行展开:首先,在引言部分,会给出本文的概述,简单介绍文章的主要内容和要解决的问题。
随后,会说明文章的结构,介绍各个章节的主要内容。
接着,在正文部分,主要分为两个章节。
第一个章节是对K均值聚类算法的介绍,包括其原理和步骤。
kmeans算法原理K-Means算法,又叫k均值算法,是一种比较流行的数据聚类算法,它是一种迭代聚类算法,旨在将数据分为K个聚类,每个聚类具有最相似的数据点。
K-Means算法最初被使用于一些研究领域,例如音频处理和图像处理,但是在数据挖掘和机器学习领域中,K-Means 算法也被广泛使用,用于挖掘和识别隐藏的模式和结构,以及比较大型数据集的好处。
K-Means算法的基本原理K-Means算法是一种基于迭代的聚类算法,它利用距离公式将数据集分为k个不同的聚类,每个聚类具有最相似的数据点。
K-Means 算法的基本流程如下:(1)首先,确定数据集中簇的数量K。
(2)然后,将数据集中的每个数据点分配到K个不同的聚类。
(3)最后,按照每个聚类的平均值更新每个聚类的中心点,并将每个数据点根据距离新的聚类中心点的距离重新分配到新的聚类中。
K-Means算法的优点(1)K-Means算法的计算容易,它的时间复杂度较低,可以在大数据集上应用。
(2)可以用来快速对大型数据集进行聚类,可以轻松发现隐藏在数据中的模式和结构。
(3)K-Means算法也可以用来进行压缩,K-Means算法可以确定数据元素的聚类,从而减少数据集的大小。
(4)K-Means算法也可以用来发现预测模型,K-Means可以用来挖掘和识别隐藏的模式和结构,从而发现预测模型。
K-Means算法的缺点(1)K-Means算法为聚类选择的K值敏感,只有当K值适当时,K-Means算法才能得到最佳结果。
(2)K-Means算法在处理非球形数据集时效果不佳,K-Means算法会将数据分配到最近的聚类中心,但是对于非球形数据集来说,最近的聚类中心并不能很好的表示数据。
(3)K-Means算法在选择聚类中心的时候也有一定的局限性,K-Means算法选择的聚类中心受到初始值的影响,因此算法的结果受初始值的影响。
结论K-Means算法可以有效的将大型数据集分割成不同的聚类,是聚类分析中一种最常用的算法。
K-均值聚类算法报告1.算法思想K-均值算法也称C-均值算法,是根据函数准则进行分类的聚类算法,基于使聚类准则函数最小化。
K-均值算法的主要思想是先在需要分类的数据中寻找K 组数据作为初始聚类中心,然后计算其他数据距离这三个聚类中心的距离,将数据归入与其距离最近的聚类中心,之后再对这K 个聚类的数据计算均值,作为新的聚类中心,继续以上步骤,直到新的聚类中心与上一次的聚类中心值相等时结束算法。
准则函数:聚类集中每一样本点到该类中心的距离平方和。
对于第j 个聚类集,准则函数定义为:S j :第j 个聚类集(域),聚类中心为Zj ;Nj :第j 个聚类集Sj 中所包含的样本个数。
对所有K 个模式类有:K-均值算法的聚类准则:聚类中心的选择应使准则函数J 极小,即使Jj 的值极小。
即有:可解得:上式表明,Sj 类的聚类中心应选为该类样本的均值。
2.算法描述(1)任选K 个初始聚类中心:Z 1(1), Z 2(1),…,ZK (1)括号内序号:迭代运算的次序号。
(2)按最小距离原则将其余样品分配到K 个聚类中心中的某一 个,即:则 (3)计算各个聚类中心的新向量值:Nj :第j 类的样本数。
(4)如果 则回到(2),将模式样本逐个重新分类,重复迭代计算。
ji j N i j i j S J ∈-=∑=X Z X ,||||12ji K j j N i j i S J ∈-=∑∑==X Z X 112,||||0)()(||||1T 12=--∂∂=-∂∂∑∑==j N i j i j i j j N i j i j Z Z X Z X Z X Z j i j N i i j j S N ∈=∑=X X Z ,11{})()(,,2,1,)(min k D k K i k j j i =-==-Z X Z X )(k S X j ∈K j k j ,,2,1)1( =+Z ()K j N k k j S X j j ,,2,11)1( ==+∑∈X Z K j k k j j ,,2,1)()1( =≠+Z Z如果 ,则算法收敛,计算完毕。
k均值算法matlabk均值算法是一种常用的聚类算法,其基本思想是将n个样本划分为k个不同的簇,使得同一簇内的样本尽可能相似,不同簇之间的样本尽可能不同。
MATLAB是一种常用的数学软件,提供了多种算法实现工具箱,其中就包括k均值算法的实现。
一、k均值算法的基本原理k均值算法是一种基于划分的聚类算法,其基本步骤如下:1.随机选择k个初始聚类中心;2.对于每一个样本,计算其与k个聚类中心的距离,将其划分到最近的聚类中心所代表的簇中;3.重新计算每个簇的聚类中心;4.重复步骤2和步骤3,直到聚类中心不再发生变化或者达到预设的迭代次数为止。
k均值算法的主要优点是实现简单、效率较高、适用范围较广,因此被广泛应用于数据挖掘、图像处理、市场分析等领域。
二、MATLAB中的k均值算法实现MATLAB提供了多种算法实现工具箱,其中就包括k均值算法的实现。
在MATLAB中,可以使用fitckindata函数来实现k均值算法。
该函数的基本语法如下:[cluster_idx,cluster_center]=fitckindata(X,k,'MaxIter',ma x_iter);其中,X表示样本数据矩阵,每一行表示一个样本;k表示要划分的簇数;max_iter表示最大迭代次数。
函数返回两个结果:cluster_idx表示每个样本所属的簇编号;cluster_center表示每个簇的中心点坐标。
此外,MATLAB还提供了其他一些函数和工具箱,如kmeans函数、kmeans++函数等,可以根据具体需求选择合适的函数进行实现。
三、应用实例下面是一个简单的应用实例,演示了如何使用MATLAB中的k均值算法对一组数据进行聚类分析。
假设有一组二维数据矩阵X,包含n个样本和m个特征。
首先使用fitckindata函数进行聚类分析,设置簇数为3,最大迭代次数为10次。
运行代码后,可以得到每个样本所属的簇编号和每个簇的中心点坐标。
K-means MATLAB.function y=kMeansCluster(m,k,isRand)%%%%%%%%%%%%%%%%%% kMeansCluster - Simple k means clustering algorithm % Author: Kardi Teknomo, Ph.D. % % Purpose: classify the objects in data matrix based on the attributes% Criteria: minimize Euclidean distance between centroids and object points % For more explanation of the algorithm, see/kardi/tutorial/kMean/index.html% Output: matrix data plus an additional column represent the group of each object % % Example: m = [ 1 1; 2 1; 4 3; 5 4] or in a nice form% m = [ 1 1; % 2 1; % 4 3; % 5 4] % k = 2 % kMeansCluster(m,k) produces m = [ 1 1 1;% 2 1 1; % 4 3 2; % 5 4 2] % Input:% m - required, matrix data: objects in rows and attributes in columns % k - optional, number of groups (default = 1)% isRand - optional, if using random initialization isRand=1, otherwise input anynumber (default)% it will assign the first k data as initial centroids%% Local Variables% f - row number of data that belong to group i% c - centroid coordinate size (1:k, 1:maxCol)% g - current iteration group matrix size (1:maxRow)% i - scalar iterator% maxCol - scalar number of rows in the data matrix m = number of attributes% maxRow - scalar number of columns in the data matrix m = number of objects% temp - previous iteration group matrix size (1:maxRow)% z - minimum value (not needed) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%if nargin<3, isRand=0; endif nargin<2, k=1; end[maxRow, maxCol]=size(m)if maxRow<=k,y=[m, 1:maxRow]else% initial value of centroidif isRand,p = randperm(size(m,1)); % random initializationfor i=1:kc(i,:)=m(p(i),:)endelsefor i=1:kc(i,:)=m(i,:) % sequential initializationendendtemp=zeros(maxRow,1); % initialize as zero vectorwhile 1,d=DistMatrix(m,c); % calculate objcets-centroid distances[z,g]=min(d,[],2); % find group matrix gif g==temp,break; % stop the iterationelsetemp=g; % copy group matrix to temporary variable endfor i=1:kf=find(g==i);if f % only compute centroid if f is not empty c(i,:)=mean(m(find(g==i),:),1);endendendy=[m,g];endThe Matlab function kMeansCluster above call function DistMatrix as shown in the code below. It works for multi-dimensional Euclidean distance. Learn about other type of distance here.function d=DistMatrix(A,B)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DISTMATRIX return distance matrix between points in A=[x1 y1 (1)and in B=[x2 y2 (2)% Copyright (c) 2005 by Kardi Teknomo,/kardi/%% Numbers of rows (represent points) in A and B are not necessarily the same.% It can be use for distance-in-a-slice (Spacing) ordistance-between-slice (Headway),%% A and B must contain the same number of columns (represent variables of n dimensions),% first column is the X coordinates, second column is the Y coordinates, and so on.% The distance matrix is distance between points in A as rows% and points in B as columns.% example: Spacing= dist(A,A)% Headway = dist(A,B), with hA ~= hB or hA=hB% A=[1 2 3; 4 5 6; 2 4 6; 1 2 3]; B=[4 5 1; 6 2 0]% dist(A,B)= [ 4.69 5.83;% 5.00 7.00;% 5.48 7.48;% 4.69 5.83]%% dist(B,A)= [ 4.69 5.00 5.48 4.69;% 5.83 7.00 7.48 5.83]%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%[hA,wA]=size(A);[hB,wB]=size(B);if wA ~= wB, error(' second dimension of A and B must be the same'); endfor k=1:wAC{k}= repmat(A(:,k),1,hB);D{k}= repmat(B(:,k),1,hA);endS=zeros(hA,hB);for k=1:wAS=S+(C{k}-D{k}').^2;endd=sqrt(S);%这是一个简单的k均值聚类批处理函数%待分类的样本x=mvnrnd(mu,siguma,20)%idx3=kmeans(x,3,'distance','city');或者%idx4=kmeans(x,4,'dist','city','display','iter');这个可以显示出每次迭代的距离和%显示分类轮廓图[silh4,h]=silhouette(x,idx4,'city');xlable('silhouette % value');ylab le('cluster')%mean(silh5) 结果越接近1越好mu1=[1,1];sigma1=[0.5 0;0 0.5];x1=mvnrnd(mu1,sigma1,10);mu2=[7,7];sigma2=[0.5 0;0 0.5];x2=mvnrnd(mu2,sigma2,10);x=[x1;x2]plot(x(:,1),x(:,2),'bo');[idx2,c]=kmeans(x,2,'dist','city','display','iter');figure(2);[silh2,h]=silhouette(x,idx2,'city');%xlable('silhouette value')%ylable('cluster')figure(3);plot(x(idx2==1,1),x(idx2==1,2),'r+',x(idx2==2,1),x(idx2==2,2),'b.'); '分类水平:(1为最好):'a=mean(silh2);a'图心矩阵为:'c。
机器学习--K均值聚类算法原理、⽅法及代码实现⼀、K-means算法原理 k-means算法是⼀种简单的迭代型聚类算法,采⽤距离作为相似性指标,从⽽发现给定数据集中的K个类,且每个类的中⼼是根据类中所有值的均值得到,每个类⽤聚类中⼼来描述。
对于给定的⼀个包含n个d维数据点的数据集X以及要分得的类别K,选取欧式距离作为相似度指标,聚类⽬标是使得各类的聚类平⽅和最⼩,即最⼩化: 结合最⼩⼆乘法和拉格朗⽇原理,聚类中⼼为对应类别中各数据点的平均值,同时为了使得算法收敛,在迭代过程中,应使最终的聚类中⼼尽可能的不变。
⼆、算法实现⼀般流程 K-means是⼀个反复迭代的过程,算法分为四个步骤: 1)选取数据空间中的K个对象作为初始中⼼,每个对象代表⼀个聚类中⼼; 2)对于样本中的数据对象,根据它们与这些聚类中⼼的欧⽒距离,按距离最近的准则将它们分到距离它们最近的聚类中⼼(最相似)所对应的类; 3)更新聚类中⼼:将每个类别中所有对象所对应的均值作为该类别的聚类中⼼,计算⽬标函数的值; 4)判断聚类中⼼和⽬标函数的值是否发⽣改变,若不变,则输出结果,若改变,则返回2)。
三、算法应⽤实例--鸢尾花分类问题 1.Iris数据集 Iris也称鸢尾花卉数据集,是⼀类多重变量分析的数据集。
数据集包含150个数据集,分为3类,每类50个数据,每个数据包含4个属性。
可通过花萼长度,花萼宽度,花瓣长度,花瓣宽度4个属性预测鸢尾花卉属于(Setosa,Versicolour,Virginica)三个种类中的哪⼀类。
代码实现:import mathfrom collections import defaultdictimport numpy as npdataname = "data.txt"def loadIRISdata(filename):data = []with open(filename, mode="r", encoding="utf-8") as rf:for line in rf:if line == '\n':continuedata.append(list(map(float, line.split(""))))return datadef generateCenters(data):'''求解初始聚类中⼼'''centers = []'''已知维度为4''''''分三类,取第0,50,100的三个向量作为分界'''centers.append(data[0])centers.append(data[50])centers.append(data[100])return centersdef distance(a ,b):'''欧式距离'''sum = 0for i in range(4):sq = (a[i]-b[i])*(a[i]-b[i])sum += sqreturn math.sqrt(sum)def point_avg(points):'''对维度求平均值'''new_center = []for i in range(4):sum = 0for p in points:sum += p[i]new_center.append(float("%.8f" % (sum/float(len(points)))))return new_centerdef updataCenters(data, assigments):new_means = defaultdict(list)centers = []for assigment, point in zip(assigments, data):new_means[assigment].append(point)'''将同⼀类的数据进⾏整合'''for i in range(3):points = new_means[i]centers.append(point_avg(points))return centersdef assignment(data, centers):assignments = []'''对应位置显⽰对应类群'''for point in data:'''遍历所有数据'''shortest = float('inf')shortestindex = 0for i in range(3):'''遍历三个中⼼向量,与哪个类中⼼欧⽒距离最短就将其归为哪类''' value = distance(point, centers[i])if value < shortest:shortest = valueshortestindex = iassignments.append(shortestindex)return assignmentsdef kmeans(data):k_data = generateCenters(data)assigments = assignment(data, k_data)old_assigments = Nonewhile assigments != old_assigments:new_centers = updataCenters(data, assigments)old_assigments = assigmentsassigments = assignment(data, new_centers)result = list(zip(assigments, data))return resultdef acc(result):sum = 0all = 0for i in range(50):if result[i][0] == 0:sum += 1all += 1for i in range(50):if result[i+50][0] == 1:sum += 1all += 1for i in range(50):if result[i+100][0] == 2:sum += 1all += 1print('sum:', sum, 'all:', all)return sum, allif__name__ == "__main__":data = loadIRISdata(dataname)result = kmeans(data)for i in range(3):tag = 0print('\n')print("第%d类数据有:" % (i+1))for tuple in range(len(result)):if(result[tuple][0] == i):print(tuple, end='')tag += 1if tag > 20 :print('\n')tag = 0#print(result)print('\n')sum, all = acc(result)print('c-means准确度为:%2f%%' % ((sum/all)*100))运⾏结果:。
K-均值聚类算法
1.初始化:选择c 个代表点,...,,321c p p p p
2.建立c 个空间聚类表:C K K K ...,21
3.按照最小距离法则逐个对样本X 进行分类:
),(),,(m in arg J i i
K x add p x j ∂=
4.计算J 及用各聚类列表计算聚类均值,并用来作为各聚类新的代表点(更新代表点)
5.若J 不变或代表点未发生变化,则停止。
否则转2.
6.),(1∑∑=∈=c
i K x i
i p x J δ
具体代码如下:
clear all
clc
x=[0 1 0 1 2 1 2 3 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 8 9;0 0 1 1 1 2 2 2 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 9 9];
figure(1)
plot(x(1,:),x(2,:),'r*')
%%第一步选取聚类中心,即令K=2
Z1=[x(1,1);x(2,1)];
Z2=[x(1,2);x(2,2)];
R1=[];
R2=[];
t=1;
K=1;%记录迭代的次数
dif1=inf;
dif2=inf;
%%第二步计算各点与聚类中心的距离
while (dif1>eps&dif2>eps)
for i=1:20
dist1=sqrt((x(1,i)-Z1(1)).^2+(x(2,i)-Z1(2)).^2);
dist2=sqrt((x(1,i)-Z2(1)).^2+(x(2,i)-Z2(2)).^2);
temp=[x(1,i),x(2,i)]';
if dist1<dist2
R1=[R1,temp];
else
R2=[R2,temp];
end
end
Z11=mean(R1,2);
Z22=mean(R2,2);
t1=Z1-Z11;%%测试两次是不是相等,可以有多种方法这里只简单的列举一种t2=Z2-Z22;
dif1=sqrt(dot(t1,t1));
dif2=sqrt(dot(t2,t2));
Z1=Z11;
Z2=Z22;
K=K+1;
R1=[];
R2=[];
end
plot ([Z1(1),Z2(1)],[Z1(2),Z2(2)],'g+')。