聚类算法叙述

机器学习技术中的聚类算法与分类算法比较与应用案例机器学习技术在当今世界中得到了广泛的应用，其中聚类算法和分类算法是常见的数据分析工具。

聚类算法与分类算法在目标和方法上有所不同，可以根据不同的需求选择适合的算法。

本文将对聚类算法和分类算法进行比较，并介绍在实际应用中的一些案例。

首先，聚类算法是一种将数据分为不同组或簇的技术，其目标是通过计算数据点之间的相似性来使相似的数据点聚集在一起。

相比之下，分类算法是一种对数据进行分类的技术，将数据划分为已知类别的组。

聚类算法不需要预先标定数据的类别，而分类算法则依赖于预先确定好的类别。

由于聚类算法的无监督性质，它可以用于探索数据的结构和模式，发现隐藏在数据中的规律；而分类算法则适用于已知类别的数据分类和预测。

其次，聚类算法和分类算法的方法也有所不同。

聚类算法的常见方法包括K均值聚类、层次聚类和DBSCAN聚类等。

K均值聚类将数据分为指定数量的簇，每个簇有一个中心点，通过迭代计算数据点和中心点之间的距离来进行聚类。

层次聚类根据数据点之间的相似性构建一颗树状结构，通过切割树来达到聚类的目的。

DBSCAN聚类根据数据点之间的密度来划分簇，具有对噪声和离群点的鲁棒性。

相比之下，分类算法的常见方法包括决策树、支持向量机和神经网络等。

决策树通过一系列的规则将数据划分为不同的类别，支持向量机通过最大化数据点与分类间的边界距离来进行分类，神经网络通过多个神经元的激活来进行分类。

在实际应用中，聚类算法和分类算法都有广泛的应用案例。

以电商行业为例，聚类算法可以用于商品推荐和用户分群。

通过聚类算法，可以将具有相似购买历史和兴趣的用户聚集在一起，以便向他们提供个性化的推荐商品。

同时，聚类算法还可以对商品进行分类，识别出相似的商品，用于销售排行榜和搭配推荐。

而分类算法可以用于用户购买行为的预测和欺诈检测。

通过分类算法，可以根据用户的历史购买数据和其他特征，进行预测性分析，从而预测用户未来的购买行为。

聚类算法介绍
聚类算法是一种无监督学习算法，它将数据集中的数据按照相似度进行划分，划分后的每个子集称之为一个簇。

聚类算法是寻找相似度最高的数据集合，实际上就是将数据集合分成多个子集，使得每个子集都比较相似，而不同子集之间差异较大。

聚类通常用于数据挖掘、图像处理、文本分类等领域。

常见的聚类算法包括K-means、层次聚类、DBSCAN、Spectral Clustering等。

其中，K-means算法是最经典的聚类算法之一，它将数据划分为K个簇，并以簇中的数据点的平均值作为簇的中心点。

层次聚类是一种基于树状图的聚类方法，它将数据点看成一个层次结构，从下至上逐步合并并划分成簇。

DBSCAN算法是一种基于密度的聚类算法，它通过密度连接的方式寻找簇。

Spectral Clustering算法则是一种基于图论思想的聚类算法，它将数据看成图结构，并通过图的拉普拉斯矩阵对数据进行聚类。

聚类分析数据聚类分析是一种数据分析方法，用于将相似的数据点归为一类。

它是无监督学习的一种常见技术，可以匡助我们发现数据中隐藏的模式和结构。

在本文中，我们将介绍聚类分析的基本概念、常用的聚类算法以及如何应用聚类分析来解决实际问题。

一、聚类分析的基本概念聚类分析的目标是将数据点划分为若干个互相之间相似度较高的簇，使得同一簇内的数据点相似度较高，而不同簇之间的数据点相似度较低。

在进行聚类分析之前，我们需要选择适当的相似度度量方法和聚类算法。

1. 相似度度量方法相似度度量方法用于衡量两个数据点之间的相似程度。

常用的相似度度量方法包括欧氏距离、曼哈顿距离、余弦相似度等。

选择合适的相似度度量方法对于聚类分析的结果具有重要影响。

2. 聚类算法聚类算法用于将数据点划分为不同的簇。

常用的聚类算法包括K均值聚类、层次聚类、DBSCAN等。

不同的聚类算法适合于不同类型的数据和问题，选择合适的聚类算法可以提高聚类分析的效果。

二、常用的聚类算法1. K均值聚类K均值聚类是一种基于距离的聚类算法，它将数据点划分为K个簇，其中K是用户预先指定的参数。

该算法的基本思想是通过迭代优化的方式，将数据点分配到离其最近的簇中，然后更新簇的中心点，直到达到收敛条件。

2. 层次聚类层次聚类是一种将数据点组织成树状结构的聚类算法。

它的基本思想是通过计算数据点之间的相似度，逐步合并相似度最高的数据点或者簇，直到所有数据点都被合并到一个簇中或者达到预定的聚类数目。

3. DBSCANDBSCAN是一种基于密度的聚类算法，它将数据点划分为核心点、边界点和噪声点三类。

该算法的基本思想是通过计算数据点的密度，将密度达到一定阈值的核心点连接在一起形成簇，而边界点则被分配到与其相邻的核心点所在的簇中。

三、聚类分析的应用1. 市场细分聚类分析可以匡助企业将市场细分为不同的消费者群体。

通过分析消费者的购买行为、偏好等数据，可以将消费者划分为具有相似特征的簇，从而有针对性地制定营销策略。

agnes聚类算法算法实例
AGNES(Advanced Grouping and Ordering by Evaluation of Scarcity) 聚类算法是一种基于资源分配的聚类算法，常用于图像分割、计算机视觉和信号处理等领域。

下面是 AGNES 聚类算法的算法实例:
1. 数据预处理：对于输入的数据集，需要进行预处理以提高聚类效果。

例如，对于图像数据，可以进行预处理以提高对比度和清晰度，而对于音频数据，可以进行预处理以提高语音清晰度和减少噪声。

2. 定义距离度量：距离度量是聚类算法的核心，AGNES 聚类算法使用欧几里得距离和曼哈顿距离度量数据之间的距离。

3. 初始化聚类中心：对于每个数据点，计算其到所有其他数据点的距离，选择距离最小的数据点作为该聚类的中心点。

4. 生成簇：计算每个数据点到当前簇的中心点的距离，并将每个数据点分配到距离最近的簇中。

重复此步骤，直到所有数据点都被分配到聚类中。

5. 调整簇中心：对于每个簇，计算其中心点，并将其作为新的簇中心。

6. 重复步骤 4 和步骤 5，直到聚类保持不变或无法继续调整为止。

7. 输出聚类结果：输出聚类结果，通常是每个簇的中心点及其包含的数据点数量。

聚类算法的应用案例**以《聚类算法的应用案例》为标题，写一篇3000字的中文文章**在当今的数据分析领域，算法的应用已经深入到了日常数据分析的各个方面。

其中聚类算法也是其中重要的一部分，大量的研究也都围绕聚类算法展开，并且取得了一定的成就。

聚类算法是指将相似对象集结在一起，建立不同的类簇，每个类簇包含有共性的成员，可以把它们分离出来，而忽略那些差异较大的对象。

本文将从聚类算法本身的概念出发，结合现有技术，来阐述聚类算法的应用案例，以及聚类算法的有效性。

聚类算法的原理是基于数据对象之间的相似性进行分类，用户可以自定义数据对象之间的相似度定义，从而使得数据对象可以被有效的分类。

在进行聚类时，需要首先对数据按照某种方法提取出特征，再将特征进行相似性比较，根据结果将数据分到每一类中，最后再对每一类进行建模，以实现最终的聚类目标。

聚类算法有很多应用方面，如市场细分，用户分群，文本分析，甚至是图像识别的应用。

例如，假设我们想要对某一类产品的用户进行分群，那么就可以使用聚类算法来对数据进行分析，提取出其中共性的数据，然后创建不同的用户群体，并根据不同群体对产品的需求进行优化。

此外，聚类算法还可以用于文本分析，将文本按照共性进行分类，方便进行统计分析和推荐自然语言处理算法。

例如，新闻推荐系统可以使用聚类算法，根据不同的新闻类别，将用户和新闻的关系划分到不同的类别中，从而方便对不同类别的新闻进行推荐。

此外，有些算法还可以用于图像识别，聚类算法可以帮助分析大量图像，将不同类别的图像快速归类，从而更快地进行识别。

例如，谷歌的AutoML系统就使用了聚类算法，可以帮助分析大量的图像，并自动分出不同的类别。

另外，聚类算法也是贝叶斯分类算法的一种变体，用于对数据进行分类，可以计算每个类别的概率，并有效的选择正确的类别。

例如，卫星图像分割就使用了聚类算法，可以更准确的识别不同的图像信号，并根据概率进行分类。

最后，聚类算法也可以用于关联规则分析，可以对大量数据进行分析，寻找出关联规则，从而挖掘出有用的信息。

K-Means聚类算法K-Means聚类算法是一种常用的无监督学习算法，在数据挖掘、图像处理、信号处理等领域有广泛的应用。

聚类算法是将相似的对象归为一类，不同的类之间尽可能的不相似。

K-Means聚类算法是一种基于距离测量的算法，它将数据点分为K个簇，每个簇的中心点与相应的数据点之间的距离最小。

1.初始化K个簇的中心点。

2.将每个数据点分配到离它最近的簇中。

3.计算每个簇的新中心点。

4.重复步骤2和3，直到簇的中心点不再发生变化或达到预定的循环次数。

在算法中，K是指聚类的簇数，每个簇的中心点是从数据点中随机选择的。

在第二个步骤中，每个数据点会被分配到离它最近的簇中，这一步是K-Means聚类算法最重要的一步。

在第三个步骤中，每个簇的新中心点是通过计算该簇中所有数据点的平均值得到的。

1.简单易懂：K-Means聚类算法实现简单，易于理解。

2.计算速度快：该算法的时间复杂度为O(K*n*I)，其中n是数据点的数量，I是迭代次数，因此算法速度较快。

3.可用于大规模数据：K-Means聚类算法可以处理大规模的数据集。

1.对初始值敏感：算法中随机选择簇的中心点，这会影响聚类结果。

如果初始值不理想，聚类结果可能会很糟糕。

2.需要指定簇数：需要事先指定簇的数量K，这对于有些问题来说可能是一个难点。

3.对数据分布的要求较高：K-Means聚类算法对数据分布的要求较高，如果数据分布不太符合预期，聚类结果可能会非常差。

在实际应用中，K-Means聚类算法可以用于数据挖掘、模式识别、图像分割等领域。

例如，在图像处理中，可以使用K-Means聚类算法将像素分为不同的颜色组。

在信号处理中，可以使用K-Means聚类算法将信号分为不同的频段组。

实际应用中，需要根据具体问题来选择聚类算法。

简述聚类算法的流程
聚类算法是一种无监督学习方法，用于将数据集中的样本按照某种相似性度量划分为不同的类别。

以下是聚类算法的一般流程：
1. 选择合适的距离度量：聚类算法需要计算样本之间的距离，因此需要选择合适的距离度量方法，如欧几里得距离、曼哈顿距离等。

2. 选择聚类算法：根据不同的数据特点和需求，选择适合的聚类算法，如层次聚类、K-means聚类、密度聚类等。

3. 初始化聚类中心：根据所选的聚类算法，确定聚类中心的数量和初始化方式。

4. 迭代更新聚类中心：对于一些聚类算法，需要迭代更新聚类中心，例如层次聚类和K-means聚类。

5. 判断聚类结果：根据预设的停止条件，判断聚类结果是否符合要求，如聚类中心不再变化或达到指定的迭代次数等。

6. 输出聚类结果：将数据集中的样本分配到不同的聚类簇中，输出聚类结果。

7. 可视化聚类结果：通过可视化工具将聚类结果可视化展示出来，以便更好地理解和分析聚类结果。

需要注意的是，在实际应用中，可能需要对聚类数据进行预处理，如特征选择、数据归一化等，以优化聚类算法的性能和结果。

一、层次聚类1、层次聚类的原理及分类1层次法Hierarchical methods先计算样本之间的距离;每次将距离最近的点合并到同一个类;然后,再计算类与类之间的距离,将距离最近的类合并为一个大类;不停的合并,直到合成了一个类;其中类与类的距离的计算方法有：最短距离法,最长距离法,中间距离法,类平均法等;比如最短距离法,将类与类的距离定义为类与类之间样本的最短距离;层次聚类算法根据层次分解的顺序分为：自下底向上和自上向下,即凝聚的层次聚类算法和分裂的层次聚类算法agglomerative和divisive,也可以理解为自下而上法bottom-up和自上而下法top-down;自下而上法就是一开始每个个体object都是一个类,然后根据linkage寻找同类,最后形成一个“类”;自上而下法就是反过来,一开始所有个体都属于一个“类”,然后根据linkage排除异己,最后每个个体都成为一个“类”;这两种路方法没有孰优孰劣之分,只是在实际应用的时候要根据数据特点以及你想要的“类”的个数,来考虑是自上而下更快还是自下而上更快;至于根据Linkage判断“类”的方法就是最短距离法、最长距离法、中间距离法、类平均法等等其中类平均法往往被认为是最常用也最好用的方法,一方面因为其良好的单调性,另一方面因为其空间扩张/浓缩的程度适中;为弥补分解与合并的不足,层次合并经常要与其它聚类方法相结合,如循环定位;2Hierarchical methods中比较新的算法有BIRCHBalanced Iterative Reducing and Clustering Using Hierarchies利用层次方法的平衡迭代规约和聚类主要是在数据量很大的时候使用,而且数据类型是numerical;首先利用树的结构对对象集进行划分,然后再利用其它聚类方法对这些聚类进行优化；ROCKA Hierarchical Clustering Algorithm for Categorical Attributes主要用在categorical 的数据类型上；ChameleonA Hierarchical Clustering Algorithm Using Dynamic Modeling里用到的linkage是kNNk-nearest-neighbor算法,并以此构建一个graph,Chameleon的聚类效果被认为非常强大,比BIRCH好用,但运算复杂度很高,On^2;2、层次聚类的流程凝聚型层次聚类的策略是先将每个对象作为一个簇,然后合并这些原子簇为越来越大的簇,直到所有对象都在一个簇中,或者某个终结条件被满足;绝大多数层次聚类属于凝聚型层次聚类,它们只是在簇间相似度的定义上有所不同;这里给出采用最小距离的凝聚层次聚类算法流程：1 将每个对象看作一类,计算两两之间的最小距离；2 将距离最小的两个类合并成一个新类；3 重新计算新类与所有类之间的距离；4 重复2、3,直到所有类最后合并成一类;聚类的效果如下图,黑色是噪音点：另外我们可以看出凝聚的层次聚类并没有类似基本K均值的全局目标函数,没有局部极小问题或是很难选择初始点的问题;合并的操作往往是最终的,一旦合并两个簇之后就不会撤销;当然其计算存储的代价是昂贵的;3、层次聚类的优缺点优点：1,距离和规则的相似度容易定义,限制少；2,不需要预先制定聚类数；3,可以发现类的层次关系；4,可以聚类成其它形状缺点：1,计算复杂度太高；2,奇异值也能产生很大影响；3,算法很可能聚类成链状r语言中使用hclustd, method = "complete", members=NULL：进行层次聚类;d为距离矩阵；method 表示类的合并方法,single最短距离法,complete最长距离法,median中间距离法,mcquitty相似法,average类平均法,centroid重心法,ward离差平方和法；members为NULL或d长度的矢量;二、划分聚类法k-means基于划分的方法Partition-based methods：其原理简单来说就是,想象你有一堆散点需要聚类,想要的聚类效果就是“类内的点都足够近,类间的点都足够远”;首先你要确定这堆散点最后聚成几类,然后挑选几个点作为初始中心点,再然后依据预先定好的启发式算法heuristic algorithms给数据点做迭代重置iterative relocation,直到最后到达“类内的点都足够近,类间的点都足够远”的目标效果;Partition-based methods聚类多适用于中等体量的数据集,但我们也不知道“中等”到底有多“中”,所以不妨理解成,数据集越大,越有可能陷入局部最小;1、Kmeans算法的原理k-means算法以k为参数,把n个对象分成k个簇,使簇内具有较高的相似度,而簇间的相似度较低;k-means算法的处理过程如下：首先,随机地选择k个对象,每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心,即选择K个初始质心;对剩余的每个对象,根据其与各簇中心的距离,将它赋给最近的簇;然后重新计算每个簇的平均值; 这个过程不断重复,直到准则函数收敛,直到质心不发生明显的变化;通常,采用平方误差准则,误差的平方和SSE作为全局的目标函数,即最小化每个点到最近质心的欧几里得距离的平方和;此时,簇的质心就是该簇内所有数据点的平均值;选择K个点作为初始质心repeat将每个点指派到最近的质心,形成K个簇重新计算每个簇的质心until簇不发生变化或达到最大迭代次数时间复杂度：OtKmn,其中,t为迭代次数,K为簇的数目,m为记录数,n为维数空间复杂度：Om+Kn,其中,K为簇的数目,m为记录数,n为维数K-Means 算法的详细过程从上图中,我们可以看到,A, B, C, D, E 是五个在图中点;而灰色的点是我们的种子点,也就是我们用来找点群的点;有两个种子点,所以K=2;然后,K-Means的算法如下：①随机在图中取K这里K=2个种子点;②然后对图中的所有点求到这K个种子点的距离,假如点Pi离种子点Si最近,那么Pi属于Si点群;我们可以看到A,B属于上面的种子点,C,D,E属于下面中部的种子点③接下来,我们要移动种子点到属于他的“点群”的中心;见图上的第三步④然后重复第2和第3步,直到,种子点没有移动我们可以看到图中的第四步上面的种子点聚合了A,B,C,下面的种子点聚合了D,E;聚类的效果如下图,折线是历次循环时3个簇的质心的更新轨迹,黑点是初始质心：我们查看基本K均值算法实现步骤及上面的聚类效果可以发现,该聚类算法将所有数据点都进行了指派,不识别噪音点;另外选择适当的初试质心是基本K均值过程的关键;2、k均值的优缺点及分类优点：1,简单,易于理解和实现；2,时间复杂度低缺点：1kmeans要手工输入类数目,对初始值的设置很敏感；所以有了k-means++、intelligent k-means、genetic k-means；2k-means对噪声和离群值非常敏感,所以有了k-medoids和k-medians；3k-means只用于numerical类型数据,不适用于categorical类型数据,所以k-modes；4k-means不能解决非凸non-convex数据,所以有了kernel k-means;5k-means主要发现圆形或者球形簇,不能识别非球形的簇;3、k-means与DBSCAN的区别k-means聚类算法的初始点选择不稳定,是随机选取的,这就引起聚类结果的不稳定;k-means属于动态聚类,往往聚出来的类有点圆形或者椭圆形;kmeans对于圆形区域聚类效果较好,dbscan基于密度,对于集中区域效果较好;对于不规则形状,kmeans完全无法用,dbscan可以起到很好的效果;4、k-means注意问题1K如何确定kmenas算法首先选择K个初始质心,其中K是用户指定的参数,即所期望的簇的个数;这样做的前提是我们已经知道数据集中包含多少个簇,但很多情况下,我们并不知道数据的分布情况,实际上聚类就是我们发现数据分布的一种手段;如何有效的确定K值,这里大致提供几种方法：①与层次聚类结合2经常会产生较好的聚类结果的一个有趣策略是,首先采用层次凝聚算法决定结果粗的数目,并找到一个初始聚类,然后用迭代重定位来改进该聚类;②稳定性方法3稳定性方法对一个数据集进行2次重采样产生2个数据子集,再用相同的聚类算法对2个数据子集进行聚类,产生2个具有k个聚类的聚类结果,计算2个聚类结果的相似度的分布情况;2个聚类结果具有高的相似度说明k个聚类反映了稳定的聚类结构,其相似度可以用来估计聚类个数;采用次方法试探多个k,找到合适的k值;③系统演化方法3系统演化方法将一个数据集视为伪热力学系统,当数据集被划分为K个聚类时称系统处于状态K;系统由初始状态K=1出发,经过分裂过程和合并过程,系统将演化到它的稳定平衡状态Ki,所对应的聚类结构决定了最优类数Ki;系统演化方法能提供关于所有聚类之间的相对边界距离或可分程度,适用于明显分离的聚类结构和轻微重叠的聚类结构;④使用canopy算法进行初始划分4基于Canopy Method的聚类算法将聚类过程分为两个阶段Stage1、聚类最耗费计算的地方是计算对象相似性的时候,Canopy Method在第一阶段选择简单、计算代价较低的方法计算对象相似性,将相似的对象放在一个子集中,这个子集被叫做Canopy ,通过一系列计算得到若干Canopy,Canopy之间可以是重叠的,但不会存在某个对象不属于任何Canopy的情况,可以把这一阶段看做数据预处理；Stage2、在各个Canopy 内使用传统的聚类方法如K-means,不属于同一Canopy 的对象之间不进行相似性计算;从这个方法起码可以看出两点好处：首先,Canopy 不要太大且Canopy 之间重叠的不要太多的话会大大减少后续需要计算相似性的对象的个数；其次,类似于K-means这样的聚类方法是需要人为指出K 的值的,通过Stage1得到的Canopy 个数完全可以作为这个K值,一定程度上减少了选择K的盲目性;其他方法如贝叶斯信息准则方法BIC可参看文献5;2初始质心的选取选择适当的初始质心是基本kmeans算法的关键步骤;常见的方法是随机的选取初始质心,但是这样簇的质量常常很差;处理选取初始质心问题的一种常用技术是：多次运行,每次使用一组不同的随机初始质心,然后选取具有最小SSE误差的平方和的簇集;这种策略简单,但是效果可能不好,这取决于数据集和寻找的簇的个数;第二种有效的方法是,取一个样本,并使用层次聚类技术对它聚类;从层次聚类中提取K个簇,并用这些簇的质心作为初始质心;该方法通常很有效,但仅对下列情况有效：1样本相对较小,例如数百到数千层次聚类开销较大；2K相对于样本大小较小第三种选择初始质心的方法,随机地选择第一个点,或取所有点的质心作为第一个点;然后,对于每个后继初始质心,选择离已经选取过的初始质心最远的点;使用这种方法,确保了选择的初始质心不仅是随机的,而且是散开的;但是,这种方法可能选中离群点;此外,求离当前初始质心集最远的点开销也非常大;为了克服这个问题,通常该方法用于点样本;由于离群点很少多了就不是离群点了,它们多半不会在随机样本中出现;计算量也大幅减少;第四种方法就是上面提到的canopy算法;3距离的度量常用的距离度量方法包括：欧几里得距离和余弦相似度;两者都是评定个体间差异的大小的;欧几里得距离度量会受指标不同单位刻度的影响,所以一般需要先进行标准化,同时距离越大,个体间差异越大；空间向量余弦夹角的相似度度量不会受指标刻度的影响,余弦值落于区间-1,1,值越大,差异越小;但是针对具体应用,什么情况下使用欧氏距离,什么情况下使用余弦相似度从几何意义上来说,n维向量空间的一条线段作为底边和原点组成的三角形,其顶角大小是不确定的;也就是说对于两条空间向量,即使两点距离一定,他们的夹角余弦值也可以随意变化;感性的认识,当两用户评分趋势一致时,但是评分值差距很大,余弦相似度倾向给出更优解;举个极端的例子,两用户只对两件商品评分,向量分别为3,3和5,5,这两位用户的认知其实是一样的,但是欧式距离给出的解显然没有余弦值合理;4质心的计算对于距离度量不管是采用欧式距离还是采用余弦相似度,簇的质心都是其均值,即向量各维取平均即可;5算法停止条件一般是目标函数达到最优或者达到最大的迭代次数即可终止;对于不同的距离度量,目标函数往往不同;当采用欧式距离时,目标函数一般为最小化对象到其簇质心的距离的平方和;当采用余弦相似度时,目标函数一般为最大化对象到其簇质心的余弦相似度和;6空聚类的处理如果所有的点在指派步骤都未分配到某个簇,就会得到空簇;如果这种情况发生,则需要某种策略来选择一个替补质心,否则的话,平方误差将会偏大;一种方法是选择一个距离当前任何质心最远的点;这将消除当前对总平方误差影响最大的点;另一种方法是从具有最大SSE的簇中选择一个替补的质心;这将分裂簇并降低聚类的总SSE;如果有多个空簇,则该过程重复多次;另外,编程实现时,要注意空簇可能导致的程序bug;三、基于密度的聚类基于密度的方法Density-based methods：k-means解决不了不规则形状的聚类;于是就有了Density-based methods来系统解决这个问题;该方法同时也对噪声数据的处理比较好;基于密度聚类的思想：思路就是定一个距离半径,最少有多少个点,然后把可以到达的点都连起来,判定为同类;其原理简单说画圈儿,其中要定义两个参数,一个是圈儿的最大半径,一个是一个圈儿里最少应容纳几个点;最后在一个圈里的,就是一个类;DBSCAN Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise就是其中的典型,可惜参数设置也是个问题,对这两个参数的设置非常敏感;DBSCAN的扩展叫OPTICSOrdering Points To Identify Clustering Structure通过优先对高密度high density进行搜索,然后根据高密度的特点设置参数,改善了DBSCAN的不足;1、DBSCAN的概念dbscan基于密度,对于集中区域效果较好,为了发现任意形状的簇,这类方法将簇看做是数据空间中被低密度区域分割开的稠密对象区域；一种基于高密度连通区域的基于密度的聚类方法,该算法将具有足够高密度的区域划分为簇,并在具有噪声的空间数据中发现任意形状的簇;DBSCAN中的几个定义：Ε邻域：给定对象半径为Ε内的区域称为该对象的Ε邻域；核心对象：如果给定对象Ε领域内的样本点数大于等于MinPts,则称该对象为核心对象；直接密度可达：对于样本集合D,如果样本点q在p的Ε领域内,并且p为核心对象,那么对象q从对象p直接密度可达;密度可达：对于样本集合D,给定一串样本点p1,p2….pn,p= p1,q= pn,假如对象pi从pi-1直接密度可达,那么对象q从对象p密度可达;注意：密度可达是单向的,密度可达即可容纳同一类;密度相连：存在样本集合D中的一点o,如果对象o到对象p和对象q都是密度可达的,那么p和q密度相联;密度可达是直接密度可达的传递闭包,并且这种关系是非对称的;密度相连是对称关系;DBSCAN目的是找到密度相连对象的最大集合;有了以上的概念接下来就是算法描述了：DBSCAN通过检查数据库中每点的r邻域来搜索簇;如果点p 的r邻域包含的点多于MinPts个,则创建一个以p为核心对象的新簇;然后,DBSCAN迭代的聚集从这些核心对象直接密度可达的对象,这个过程可能涉及一些密度可达簇的合并;当没有新的点可以添加到任何簇时,该过程结束;例如：Eg: 假设半径Ε=3,MinPts=3,点p的E领域中有点{m,p,p1,p2,o}, 点m的E领域中有点{m,q,p,m1,m2},点q的E领域中有点{q,m},点o的E领域中有点{o,p,s},点s的E领域中有点{o,s,s1}.那么核心对象有p,m,o,sq不是核心对象,因为它对应的E领域中点数量等于2,小于MinPts=3；点m从点p直接密度可达,因为m在p的E领域内,并且p为核心对象；点q从点p密度可达,因为点q从点m直接密度可达,并且点m从点p直接密度可达；点q到点s密度相连,因为点q从点p密度可达,并且s从点p密度可达;2、簇的生成原理及过程1DBSCAN聚类算法原理的基本要点：确定半径eps的值①DBSCAN算法需要选择一种距离度量,对于待聚类的数据集中,任意两个点之间的距离,反映了点之间的密度,说明了点与点是否能够聚到同一类中;由于DBSCAN算法对高维数据定义密度很困难,所以对于二维空间中的点,可以使用欧几里德距离来进行度量;②DBSCAN算法需要用户输入2个参数：一个参数是半径Eps,表示以给定点P为中心的圆形邻域的范围；另一个参数是以点P为中心的邻域内最少点的数量MinPts;如果满足：以点P为中心、半径为Eps 的邻域内的点的个数不少于MinPts,则称点P为核心点;③DBSCAN聚类使用到一个k-距离的概念,k-距离是指：给定数据集P={pi; i=0,1,…n},对于任意点Pi,计算点Pi到集合D的子集S={p1, p2, …, pi-1, pi+1, …, pn}中所有点之间的距离,距离按照从小到大的顺序排序,假设排序后的距离集合为D={d1, d2, …, dk-1, dk, dk+1, …,dn},则dk就被称为k-距离;也就是说,k-距离是点pi到所有点除了pi点之间距离第k近的距离;对待聚类集合中每个点pi都计算k-距离,最后得到所有点的k-距离集合E={e1, e2, …, en};④根据经验计算半径Eps：根据得到的所有点的k-距离集合E,对集合E进行升序排序后得到k-距离集合E’,需要拟合一条排序后的E’集合中k-距离的变化曲线图,然后绘出曲线,通过观察,将急剧发生变化的位置所对应的k-距离的值,确定为半径Eps的值;⑤根据经验计算最少点的数量MinPts：确定MinPts的大小,实际上也是确定k-距离中k的值,DBSCAN 算法取k=4,则MinPts=4;⑥另外,如果觉得经验值聚类的结果不满意,可以适当调整Eps和MinPts的值,经过多次迭代计算对比,选择最合适的参数值;可以看出,如果MinPts不变,Eps取得值过大,会导致大多数点都聚到同一个簇中,Eps过小,会导致一个簇的分裂；如果Eps不变,MinPts的值取得过大,会导致同一个簇中点被标记为噪声点,MinPts过小,会导致发现大量的核心点;我们需要知道的是,DBSCAN算法,需要输入2个参数,这两个参数的计算都来自经验知识;半径Eps的计算依赖于计算k-距离,DBSCAN取k=4,也就是设置MinPts=4,然后需要根据k-距离曲线,根据经验观察找到合适的半径Eps的值;2连通核心点生成簇核心点能够连通有些书籍中称为：“密度可达”,它们构成的以Eps长度为半径的圆形邻域相互连接或重叠,这些连通的核心点及其所处的邻域内的全部点构成一个簇;假设MinPts=4,则连通的核心点示例,如下图所示：计算连通的核心点的思路是,基于广度遍历与深度遍历集合的方式：从核心点集合S中取出一个点p,计算点p与S集合中每个点除了p点是否连通,可能会得到一个连通核心点的集合C1,然后从集合S中删除点p和C1集合中的点,得到核心点集合S1；再从S1中取出一个点p1,计算p1与核心点集合S1集中每个点除了p1点是否连通,可能得到一个连通核心点集合C2,再从集合S1中删除点p1和C2集合中所有点,得到核心点集合S2,……最后得到p、p1、p2、……,以及C1、C2、……就构成一个簇的核心点;最终将核心点集合S中的点都遍历完成,得到所有的簇;参数eps的设置,如果eps设置过大,则所有的点都会归为一个簇,如果设置过小,那么簇的数目会过多;如果MinPts设置过大的话,很多点将被视为噪声点;3、根据数据点的密度分为三类点：1核心点：该点在邻域内的密度超过给定的阀值MinPs;2边界点：该点不是核心点,但是其邻域内包含至少一个核心点;3噪音点：不是核心点,也不是边界点;有了以上对数据点的划分,聚合可以这样进行：各个核心点与其邻域内的所有核心点放在同一个簇中,把边界点跟其邻域内的某个核心点放在同一个簇中;聚类的效果如下图,黑色是噪音点：初识聚类算法:因为DBSCAN使用簇的基于密度的定义,因此它是相对抗噪音的,并且能处理任意形状和大小的簇;但是如果簇的密度变化很大,例如ABCD四个簇,AB的密度大大大于CD,而且AB附近噪音的密度与簇CD 的密度相当,这是当MinPs较大时,无法识别簇CD,簇CD和AB附近的噪音都被认为是噪音；当MinPs 较小时,能识别簇CD,但AB跟其周围的噪音被识别为一个簇;这个问题可以基于共享最近邻SNN的聚类结局;4、DBSCAN的优缺点：优点：1. 与K-means方法相比,DBSCAN不需要事先知道要形成的簇类的数量;2. 与K-means方法相比,DBSCAN可以发现任意形状的簇类;3. 同时,DBSCAN能够识别出噪声点;对于数据库中样本的顺序不敏感,即Pattern的输入顺序对结果的影响不大;但是,对于处于簇类之间边界样本,可能会根据哪个簇类优先被探测到而其归属有所摆动;缺点：1. DBScan不能很好反映高尺寸数据;2. DBScan不能很好反映数据集变化的密度;3.对于高维数据,点之间极为稀疏,密度就很难定义了;。

聚类算法在文本分析中的应用随着网络和各种应用的发展，人们每天都在产生大量的文本数据，如新闻、微博、邮件等等。

如何从这些文本数据中提取有用的信息并进行分析，对于商业领域和科学研究都有着重要的意义。

聚类算法作为文本分析中的一种重要方法，可以对文本数据进行分类和群体化分析，从而挖掘出隐藏的信息。

一、聚类算法的概念聚类算法是一种常见的无监督学习方法，其目的是将数据按照相似性进行分组，同一组内的数据相似度较高，不同组之间的数据相似度较低。

聚类算法的过程可以分为两个步骤：首先根据相似性度量将数据分为不同的簇；然后通过簇内数据的分布情况生成簇的描述并验证聚类的效果。

二、聚类算法在文本分类中的应用聚类算法在文本分类中的应用主要分为两大类：基于词频（term frequency，TF）和逆文档频率（inverse document frequency， IDF）的聚类和基于主题模型的聚类。

1. 基于TF-IDF的聚类基于TF-IDF的聚类是一种常见的文本分类方法，其思路是根据文本数据中的词频和逆文档频率进行数据聚类。

具体实现步骤如下：（1）词频统计：对文本数据进行分词，计算每个词在文本中出现的频率，并根据词频大小对文本进行极化。

（2）逆文档频率（IDF）计算：对于每个词，计算出文档中包含该词的数量，得到逆文档频率。

（3） TF-IDF计算：将词频和逆文档频率进行综合计算，得到TF-IDF值。

（4）数据聚类：根据TF-IDF值对文本数据进行分组，同一组内的文本数据TF-IDF值相似度较高，不同组之间的数据TF-IDF值相似度较低。

基于TF-IDF的聚类算法具有计算量小、可解释性强、结果易于理解等优点，因此在文本分类中被广泛应用。

2. 基于主题模型的聚类基于主题模型的聚类与基于TF-IDF的聚类不同，其基本思路是通过对文本中隐含主题的识别和提取，实现数据聚类。

具体实现步骤如下：（1）主题模型的构建：建立主题模型，实现对文本中隐含主题的识别和提取。

聚类算法总结一、概述聚类，就是把整个数据集分成不同的簇，并且要使簇与簇之间的区别尽可能的大，而簇内的数据的差异尽可能的小。

簇是数据样本的集合，聚类分析使得每簇内部的样本之间的相关性比其他簇中样本之间的相关性更紧密，即簇内的任意两个样本之间具有较高的相似度，而属于不同簇的两个样本间具有较高的相异度。

相异度可以根据描述样本的属性值来计算，样本间的“距离”是最常采用的度量标准。

聚类分析（Cluster Analysis）又称群分析，是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法,同时也是数据挖掘的一个重要算法。

通过聚类分析，可以在没有任何模式可供参考或依循，即在没有先验知识的情况下，将大量数据样本按各自的特性来进行合理的分类。

在开始聚类之前，用户并不知道要把数据集分成几个簇，也不知道划分的具体标准，在聚类分析时数据集的特征是未知的，聚类算法的任务正是要发现这些特征，并把具有相同特征的数据样本聚在一起。

聚类与分类有相似之处，都是将数据进行分组，但两者又有本质的区别。

分类中组（类别）是事先已经定义好的，但聚类中的组（在聚类分析中称为“簇”）不是预先定义的，而是根据实际数据的特征按照数据之间的相似性来定义的。

二、聚类算法的性能评价指标数据挖掘对聚类的典型要求如下：（1）可伸缩性：当聚类对象由几百上升到几百万，我们希望最后的聚类结果的准确度能一致。

（2）处理不同类型属性的能力：有些聚类算法，其处理对象的属性的数据类型只能为数值类型，但是实际应用场景中，我们往往会遇到其他类型的数据，比如二元数据，分类数据等等。

当然，在处理过程我们是可以将这些其他类型的数据预处理成数值型数据的，但是在聚类效率上或者聚类准确度上往往会有折损。

（3）发现任意形状的类簇：因为许多聚类算法是用距离（eg:欧几里得距离或者曼哈顿距离）来量化对象之间的相似度的，基于这种方式，我们往往只能发现相似尺寸和密度的球状类簇或者成为凸形类簇。