第四章聚类分析
一、填空题
1．聚类分析是建立一种分类方法，它将一批样品或变量按照它们在性质上的_相似程度__进行科学的分类。
2．Q型聚类法是按_样本___进行聚类，R型聚类法是按_变量___进行聚类。
3．Q型聚类统计量是_距离___，而R型聚类统计量通常采用相关系数_。
4．六种Q型聚类方法分别为最长距离法___、_最短距离法___、中间距离法_______、_类平均法______、_重心法___、离差平方和法__。
5．快速聚类在SPSS中由___k_均值聚类_____过程实现。
二、简答题
1．简述系统聚类法的基本思想及主要步骤。
系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。
系统聚类过程是：假设总共有n个样品（或变量），第一步将每个样品（或变量）独自聚成一类，共有n类；第二步根据所确定的样品（或变量）“距离”公式，把距离较近的两个样品（或变量）聚合为一类，其它的样品（或变量）仍各自聚为一类，共聚成n-1类；第三步将“距离”最近的两个类进一步聚成一类，共聚成n-2类；……，以上步骤一直进行下去，最后将所有的样品（或变量）全聚成一类，也简称聚集法。还有与以上方法相反的称分解法。
2．简述最长聚类法的聚类步骤。（衡量两类距离时，用两类的距离。）
1.定义样品之间的距离：计算样品的两两距离，形成距离矩阵D(0)。
开始每个样品自成一类。
2.找出距离最小的类(类与类之间最小的)，将其合并成一个新类。
3.按Dpq=max{dij(i,j为小标)}（P55页最长距离法公式）计算新类与其他类的距离。
4.重复2,3两步骤，直到元素合并成一类为止。
3．简述快速聚类（k—均值聚类）的基本思想及步骤。
基本思想：1.一个样品分配给最近中心（均值）的类中，将所有样品分成k个初始类。2.通过欧式距离将每个样品划入离中心最近的类中，并对得到样品或失去样品的类重新计算中心坐标。3.重复步骤2，直到所有样品都不能再分配时为止。
三、计算题
2．从不同地区采集了七块花岗岩，测其部分化学成分如下：
1 2 3 4 5 6 7
S i O2 T i O2 FeO CaO K2O 75.20
0.14
1.86
0.91
5.21
75.15
0.16
2.11
0.74
4.93
72.19
0.13
1.52
0.69
4.65
72.35
0.13
1.37
0.83
4.87
72.74
0.10
1.41
0.72
4.99
73.29
0.033
1.07
0.17
3.15
73.72
0.033
0.77
0.28
2.78
试作如下分析：
(1)样本间用欧氏距离，并用系统聚类的WARD方法对样本进行聚类。（分析—分类—系统聚类—选择
相应变量—方法中选择聚类方法方法的区间中选择聚类方式—开始界面中有个案和变量之分，适当选择。
(2)将数据标准化后，仍用欧氏距离，然后用系统聚类的WARD方法对样本进行聚类。
(3)试对五个变量进行聚类分析。
《统计分析与S P S S的应用（第五版）》（薛薇） 课后练习答案 第10章SPSS的聚类分析 1、根据“高校科研研究.sav”数据，利用层次聚类分析对各省市的高校科研情况进行层次聚类分析。要求： 1）根据凝聚状态表利用碎石图对聚类类数进行研究。 2）绘制聚类树形图，说明哪些省市聚在一起。 3）绘制各类的科研指标的均值对比图。 4）利用方差分析方法分析各类在哪些科研指标上存在显著差异。 采用欧氏距离，组间平均链锁法 利用凝聚状态表中的组间距离和对应的组数，回归散点图，得到碎石图。大约聚成4类。 步骤：分析→分类→系统聚类→按如下方式设置…… 结果： 凝聚计划 阶段 组合的集群 系数 首次出现阶段集群 下一个阶段集群 1 集群 2 集群 1 集群 2 1 26 30 328.189 0 0 2 2 26 29 638.295 1 0 7 3 20 25 1053.423 0 0 5 4 4 12 1209.922 0 0 15 5 8 20 1505.035 0 3 6 6 8 16 1760.170 5 0 9 7 24 26 1831.926 0 2 10 8 7 11 1929.891 0 0 11 9 5 8 2302.024 0 6 22 10 24 31 2487.209 7 0 22 11 2 7 2709.887 0 8 16 12 22 28 2897.106 0 0 19 13 6 23 2916.551 0 0 17 14 10 19 3280.752 0 0 25 15 4 21 3491.585 4 0 21 16 2 3 4229.375 11 0 21 17 6 13 4612.423 13 0 20 18 9 18 5377.253 0 0 25 19 14 22 5622.415 0 12 24 20 6 15 5933.518 17 0 23 21 2 4 6827.276 16 15 26 22 5 24 7930.765 9 10 24 23 6 27 9475.498 20 0 26 24 5 14 14959.704 22 19 28 25 9 10 19623.050 18 14 27 26 2 6 24042.669 21 23 28 27 9 17 32829.466 25 0 29 28 2 5 48360.854 26 24 29 29 2 9 91313.530 28 27 30 30 1 2 293834.503 0 29 0 将系数复制下来后，在EXCEL中建立工作表。 选中数据列，点击“插入”菜单→拆线图……
聚类分析算法解析 一、不相似矩阵计算 1.加载数据 data(iris) str(iris) 分类分析是无指导的分类，所以删除数据中的原分类变量。 iris$Species<-NULL 2. 不相似矩阵计算 不相似矩阵计算，也就是距离矩阵计算，在R中采用dist()函数，或者cluster包中的daisy()函数。dist()函数的基本形式是 dist(x, method = "euclidean", diag = FALSE, upper = FALSE, p = 2) 其中x是数据框（数据集），而方法可以指定为欧式距离"euclidean", 最大距离"maximum", 绝对值距离"manhattan", "canberra", 二进制距离非对称"binary" 和明氏距离"minkowski"。默认是计算欧式距离，所有的属性必须是相同的类型。比如都是连续类型，或者都是二值类型。 dd<-dist(iris) str(dd) 距离矩阵可以使用as.matrix()函数转化了矩阵的形式，方便显示。Iris数据共150例样本间距离矩阵为150行列的方阵。下面显示了1~5号样本间的欧式距离。 dd<-as.matrix(dd)
二、用hclust()进行谱系聚类法（层次聚类） 1.聚类函数 R中自带的聚类函数是hclust()，为谱系聚类法。基本的函数指令是 结果对象 <- hclust（距离对象, method=方法） hclust()可以使用的类间距离计算方法包含离差法"ward"，最短距离法"single"，最大距离法"complete"，平均距离法"average"，"mcquitty"，中位数法 "median" 和重心法"centroid"。下面采用平均距离法聚类。 hc <- hclust(dist(iris), method="ave") 2.聚类函数的结果 聚类结果对象包含很多聚类分析的结果，可以使用数据分量的方法列出相应的计算结果。 str(hc) 下面列出了聚类结果对象hc包含的merge和height结果值的前6个。其行编号表示聚类过程的步骤，X1，X2表示在该步合并的两类，该编号为负代表原始的样本序号，编号为正代表新合成的类；变量height表示合并时两类类间距离。比如第1步，合并的是样本102和143，其样本间距离是0.0，合并后的类则使用该步的步数编号代表，即样本-102和-143合并为1类。再如第6行表示样本11和49合并，该两个样本的类间距离是0.1，合并后的类称为6类。 head (hc$merge,hc$height)
第五章 聚类分析 判别分析和聚类分析有何区别 答：即根据一定的判别准则，判定一个样本归属于哪一类。具体而言，设有n 个样本，对每个样本测得p 项指标（变量）的数据，已知每个样本属于k 个类别（或总体）中的某一类，通过找出一个最优的划分，使得不同类别的样本尽可能地区别开，并判别该样本属于哪个总体。聚类分析是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。在聚类之前，我们并不知道总体，而是通过一次次的聚类，使相近的样品（或变量）聚合形成总体。通俗来讲，判别分析是在已知有多少类及是什么类的情况下进行分类，而聚类分析是在不知道类的情况下进行分类。 试述系统聚类的基本思想。 答：系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。 对样品和变量进行聚类分析时， 所构造的统计量分别是什么简要说明为什么这样构造 答：对样品进行聚类分析时，用距离来测定样品之间的相似程度。因为我们把n 个样本看作p 维空间的n 个点。点之间的距离即可代表样品间的相似度。常用的距离为 （一）闵可夫斯基距离：1/1 ()() p q q ij ik jk k d q X X ==-∑ q 取不同值，分为 （1）绝对距离（1q =） 1 (1)p ij ik jk k d X X ==-∑ （2）欧氏距离（2q =） 21/2 1 (2)() p ij ik jk k d X X ==-∑ （3）切比雪夫距离（q =∞） 1()max ij ik jk k p d X X ≤≤∞=- （二）马氏距离 （三）兰氏距离 对变量的相似性，我们更多地要了解变量的变化趋势或变化方向，因此用相关性进行衡量。 将变量看作p 维空间的向量，一般用 2 1()()()ij i j i j d M -'=--X X ΣX X 11()p ik jk ij k ik jk X X d L p X X =-=+∑
《统计分析与SPSS的应用（第五版）》（薛薇） 课后练习答案 第10章SPSS的聚类分析 1、根据“高校科研研究.sav”数据，利用层次聚类分析对各省市的高校科研情况进行层次聚类分析。要求： 1）根据凝聚状态表利用碎石图对聚类类数进行研究。 2）绘制聚类树形图，说明哪些省市聚在一起。 3）绘制各类的科研指标的均值对比图。 4）利用方差分析方法分析各类在哪些科研指标上存在显著差异。 采用欧氏距离，组间平均链锁法 利用凝聚状态表中的组间距离和对应的组数，回归散点图，得到碎石图。大约聚成4类。步骤：分析分类系统聚类按如下方式设置……
结果： 凝聚计划 阶段 组合的集群 系数 首次出现阶段集群 下一个阶段集群1集群2集群1集群2 12630002 22629107 32025005 44120015 5820036 6816509 724260210 87110011 9580622 1024317022 11270816 1222280019 136230017 1410190025 154214021 162311021 1761313020 189180025 19142201224 2061517023 2124161526 2252491024 2362720026 24514221928 25910181427 2626212328 2791725029 2825262429 2929282730 30120290
将系数复制下来后，在EXCEL中建立工作表。选中数据列，点击“插入”菜单拆线图……
碎石图： 由图可知，北京自成一类，江苏、广东、上海、湖南、湖北聚成一类。其他略。 接下来，添加一个变量CLU4_1，其值为类别值。（1、2、3、4），再数据汇总设置……确定。
《空间分析》 系统聚类算法及编程实现 学院：地质工程与测绘学院 专业：遥感科学与技术 班级：2011260601 学号： 学生姓名： 指导老师：李斌
目录 第1章前言 (3) 第2章算法设计背景 (3) 2.1 聚类要素的数据处理 (3) 2.2距离的计算 (5) 第3章算法思想与编程实现 (5) 3.1 算法思想 (5) 3.2 用Matlab编程实现 (7) 3.2.1 程序代码 (7) 3.2.2 编程操作结果 (12) 第4章K-均值算法应用与优缺点 (13) 4.1 K-均值聚类法的应用 (13) 4.2 K-均值聚类法的优缺点 (14) 第5章课程设计总结 (14) 主要参考文献 (15)
第一章前言 本课题是根据李斌老师所教授的《空间分析》课程内容及要求而选定的，是对于系统聚类算法的分析研究及利用相关软件的编程而实现系统聚类。研究的是系统聚类算法的分析及编程实现，空间聚类的目的是对空间物体的集群性进行分析，将其分为几个不同的子群（类）。子群的形成的是地理系统运作的结果，根据此可以揭示某种地理机制。此外，子群可以作为其它分析的基础，例如，公共设施的建立一般地说是根据居民点群的分布，而不是具体的居民住宅的分布来布置的，因此需要对居民点群进行聚类分析以形成若干居民点子群，这样便于简化问题，突出重点。 空间聚类可以采用不同的算法过程。在分析之初假定n个点自成一类，然后逐步合并，这样在聚类的过程中，分类将越来越少，直至聚至一个适当的分类数目，这一聚类过程称之为系统聚类。常见的聚类分析方法有系统聚类法、动态聚类法和模糊聚类法等。下面主要介绍系统聚类算法，并基于Matlab软件用K-means算法(即k-均值算法)来实现系统聚类的算法编程。 第二章算法设计背景 2.1聚类要素的数据处理 假设有m 个聚类的对象，每一个聚类对象都有个要素构成。它们所对应的要素数据可用表3.4.1给出。在聚类分析中，常用的聚类要素的数据处理方法有如下几种。
第三章 聚类分析 一、填空题 1.在进行聚类分析时，根据变量取值的不同，变量特性的测量尺度有以下三种类型： 间隔尺度 、 顺序尺度 和 名义尺度 。 2．Q 型聚类法是按___样品___进行聚类，R 型聚类法是按_变量___进行聚类。 3．Q 型聚类统计量是____距离_，而R 型聚类统计量通常采用_相似系数____。 4．在聚类分析中，为了使不同量纲、不同取值范围的数据能够放在一起进行比较，通常需要对原始数据进行变换处理。常用的变换方法有以下几种：__中心化变换_____、__标准化变换____、____规格化变换__、__ 对数变换 _。 5．距离ij d 一般应满足以下四个条件：对于一切的i,j ，有0≥ij d 、 j i =时，有 0=ij d 、对于一切的i,j ，有ji ij d d =、对于一切的i,j,k ，有kj ik ij d d d +≤。 6.相似系数一般应满足的条件为： 若变量i x 与 j x 成比例，则1±=ij C 、 对一 1≤ij 和 对一切的i,j ，有ji ij C C =。 7.常用的相似系数有 夹角余弦 和 相关系数 两种。 8.常用的系统聚类方法主要有以下八种： 最短距离法 、最长距离法、中间距离法、重心法、类平均法、可变类平均法、可变法、离差平方和法。 @ 9．快速聚类在SPSS 中由__K-mean_____________过程实现。 10.常用的明氏距离公式为：()q p k q jk ik ij x x q d 11?? ????-=∑=，当1=q 时，它表示 绝 对距离 ；当2=q 时，它表示 欧氏距离 ；当q 趋于无穷时，它表示 切比雪夫距离 。 11．聚类分析是将一批 样品 或 变量 ，按照它们在性质上 的 亲疏、相似程度 进行分类。 12．明氏距离的缺点主要表现在两个方面：第一 明氏距离的值与各指标的量纲有关 ，第二 明氏距离没有考虑到各个指标（变量）之间的相关性 。 13．马氏距离又称为广义的 欧氏距离 。 14，设总体G 为p 维总体，均值向量为()' p μμμμ，， ，＝ 21，协差阵为∑，则样品()' =p X X X X ,,,21 与总体G 的马氏距离定义为 ()()()μμ-∑' -=-X X G X d 12,。 15．使用离差平方和法聚类时，计算样品间的距离必须采用 欧氏距离 。 16．在SPSS 中，系统默认定系统聚类方法是 类平均法 。 17．在系统聚类方法中， 中间距离法和 重心法 不具有单调性。 18．离差平方和法的基本思想来源于 方差分析 。 , 19．最优分割法的基本步骤主要有三个：第一，定义类的直径 ；第二， 定义目标函数 ；第三， 求最优分割 。 20．最优分割法的基本思想是基于 方差分析的思想 。 二、判断题 1.在对数据行进中心化变换之后，数据的均值为0，而协差阵不变，且变换后后的数据与变量的量纲无关。 （ ）
聚类分析 目录 一．系统聚类 (1) 二．快速聚类（k均值聚类） (7) 一．系统聚类 R中，系统聚类的函数为hclust()，dist()函数用来计算距离矩阵，plot()函数可以画出系统聚类的谱系图，rect.hclust()函数用来给定类的个数或给定阈值来确定聚类的情况。 (1)dist()的使用方法：dist(x,method="euclidean",diag=F,upper=F,p=2) 其中，x为数据矩阵或数据框。method为计算方法，包括：euclidean（欧氏距离）、maximum （切比雪夫距离）、manhattan（绝对值距离）、nberra（兰氏距离）、minkoeski（明氏距离）。diag为是否包含对角线元素。upper为是否需要上三角。p为明氏距离的幂次。 (2)hclust()的使用方法：hclust(d,method="ward.D",….) 其中，d为距离矩阵。method为系统聚类方法：single（最短距离法）、complete（最长距离法，缺省）、average（类平均法）、median（中间距离法）、centroid（重心法）、ward.D（ward 法）。 (3)plot()的使用方法：plot(x, labels = NULL, hang = 0.1, axes = TRUE, frame.plot = FALSE, ann = TRUE, main = "Cluster Dendrogram", sub = NULL, xlab = NULL, ylab = "Height", ...) 其中，x是由hclust()函数生成的对象。hang是表明谱系图中各类所在的位置，当hang取负值时，谱系图中的类从底部画起。其他参数见帮助文档。 (4)rect.hclust()的使用方法：rect.hclust(tree, k = NULL, which = NULL, x = NULL, h = NULL, border = 2, cluster = NULL) 其中，tree是由hclust()生成的结构。k是类的个数。h是谱系图中的阈值，要求分成的分成的各类的距离大于h。border是数或向量，表明矩形框的颜色。 例1：对以下股票进行分类，数据集：d9.1 x1：主营业务利润率x2：销售毛利率x3：速动比率x4：资产负债率x5：主营业务收入增长率x6：营业利润增长率 命令： > X=read.table("clipboard",header=T) #读取数据 > Z=scale(X) #对数据做标准化处理
第五章 聚类分析 5.1 判别分析和聚类分析有何区别？ 答：即根据一定的判别准则，判定一个样本归属于哪一类。具体而言，设有n 个样本，对每个样本测得p 项指标（变量）的数据，已知每个样本属于k 个类别（或总体）中的某一类，通过找出一个最优的划分，使得不同类别的样本尽可能地区别开，并判别该样本属于哪个总体。聚类分析是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。在聚类之前，我们并不知道总体，而是通过一次次的聚类，使相近的样品（或变量）聚合形成总体。通俗来讲，判别分析是在已知有多少类及是什么类的情况下进行分类，而聚类分析是在不知道类的情况下进行分类。 5.2 试述系统聚类的基本思想。 答：系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。 5.3 对样品和变量进行聚类分析时， 所构造的统计量分别是什么？简要说明为什么这样构造？ 答：对样品进行聚类分析时，用距离来测定样品之间的相似程度。因为我们把n 个样本看作p 维空间的n 个点。点之间的距离即可代表样品间的相似度。常用的距离为 （一）闵可夫斯基距离：1/1 ()() p q q ij ik jk k d q X X ==-∑ q 取不同值，分为 （1）绝对距离（1q =） 1 (1) p ij ik jk k d X X ==-∑ （2）欧氏距离（2q =） 21/2 1 (2) () p ij ik jk k d X X ==-∑ （3）切比雪夫距离（q =∞） 1()max ij ik jk k p d X X ≤≤∞=- （二）马氏距离 （三）兰氏距离 对变量的相似性，我们更多地要了解变量的变化趋势或变化方向，因此用相关性进行衡量。 2 1()()()ij i j i j d M -'=--X X ΣX X 11()p ik jk ij k ik jk X X d L p X X =-= +∑
聚类分析 在实际工作中，我们经常遇到分类问题.若事先已经建立类别，则使用判别分析，若事先没有建立类别，则使用聚类分析。 聚类与分类的不同在于，聚类所要求划分的类是未知的。 聚类是将数据分类到不同的类或者簇这样的一个过程，所以同一个簇中的对象有很大的相似性，而不同簇间的对象有很大的相异性。 在MA TLAB 软件包中，主要使用的是系统聚类法。 系统聚类法是聚类分析中应用最为广泛的一种方法.它的基本原理是：首先将一定数量的样品(或指标)各自看成一类，然后根据样品(或指标)的亲疏程度，将亲疏程度最高的两类合并，然后重复进行，直到所有的样品都合成一类。衡量亲疏程度的指标有两类：距离、相似系数。 Matlab 提供了两种方法进行聚类分析： 一种是利用clusterdata 函数对样本数据进行一次聚类，其缺点为可供用户选择的面较窄，不能更改距离的计算方法； 另一种是分步聚类： Step1 寻找变量之间的相似性 用pdist 函数计算相似矩阵，有多种方法可以计算距离，进行计算之前最好先将数据用zscore 函数进行标准化。 X2=zscore(X); %标准化数据 Y=pdist(X2); %计算距离 Step2 定义变量之间的连接 Z=linkage(Y); Step3 评价聚类信息 C=cophenet(Z,Y); Step4 创建聚类，并作出谱系图 T=cluster(Z,6); H=dendrogram(Z); 一、常用距离 1）欧氏距离 假设有两个n 维样本),,,(112111n x x x x =和),,,(222212n x x x x =，则它们的欧氏距离为 ∑=-= n j j j x x x x d 1 22121)(),( 2）标准化欧氏距离 3）马氏距离 4）布洛克距离 5）闵可夫斯基距离 6）余弦距离 7）相似距离 二、MATLAB 中常用的计算距离的函数 假设我们有n m ?阶数据矩阵),,,(21n x x x x =，每一行是一个样本数据. 在MA TLAB 中计算样
一篇文章透彻解读聚类分析及案例实操 【数盟致力于成为最卓越的数据科学社区，聚焦于大数据、分析挖掘、数据可视化领域，业务范围：线下活动、在线课程、猎头服务、项目对接】【限时优惠福利】数据定义 未来，2016年5月12日-14日DTCC2016中国数据库技术大会登陆北京！大会云集了国内外数据行业顶尖专家，设定2个主会场，24个分会场，将吸引共3000多名IT人士参会！马上领取数盟专属购票优惠88折上折，猛戳文末“阅读原文”抢先购票！ 摘要：本文主要是介绍一下SAS的聚类案例，希望大家都 动手做一遍，很多问题只有在亲自动手的过程中才会有发现有收获有心得。这里重点拿常见的工具SAS+R语言+Python 介绍! 1 聚类分析介绍1.1 基本概念聚类就是一种寻找数据之间 一种内在结构的技术。聚类把全体数据实例组织成一些相似组，而这些相似组被称作聚类。处于相同聚类中的数据实例彼此相同，处于不同聚类中的实例彼此不同。聚类技术通常又被称为无监督学习，因为与监督学习不同，在聚类中那些表示数据类别的分类或者分组信息是没有的。通过上述表述，我们可以把聚类定义为将数据集中在某些方面具有相似性 的数据成员进行分类组织的过程。因此，聚类就是一些数据
实例的集合，这个集合中的元素彼此相似，但是它们都与其他聚类中的元素不同。在聚类的相关文献中，一个数据实例有时又被称为对象，因为现实世界中的一个对象可以用数据实例来描述。同时，它有时也被称作数据点(Data Point)，因为我们可以用r 维空间的一个点来表示数据实例，其中r 表示数据的属性个数。下图显示了一个二维数据集聚类过程，从该图中可以清楚地看到数据聚类过程。虽然通过目测可以十分清晰地发现隐藏在二维或者三维的数据集中的聚类，但是随着数据集维数的不断增加，就很难通过目测来观察甚至是不可能。 1.2 算法概述 目前在存在大量的聚类算法，算法的选择取决于数据的类型、聚类的目的和具体应用。大体上，主要的聚类算法分为几大类。 聚类算法的目的是将数据对象自动的归入到相应的有意义 的聚类中。追求较高的类内相似度和较低的类间相似度是聚类算法的指导原则。一个聚类算法的优劣可以从以下几个方面来衡量： (1)可伸缩性：好的聚类算法可以处理包含大到几百万个对象的数据集;(2)处理不同类型属性的能力：许多算法是针对基 于区间的数值属性而设计的，但是有些应用需要针对其它数据类型(如符号类型、二值类型等)进行处理;(3)发现任意形状
聚类分析法 先用一个例子引出聚类分析 一、聚类分析法的概念 聚类分析又叫群分析、点群分析或者簇分析，是研究多要素事物分类问题的数量，并根据研究对象特征对研究对象进行分类的多元分析技术，它将样本或变量按照亲疏的程度，把性质相近的归为一类，使得同一类中的个体都具有高度的同质性，不同类之间的个体都具有高度的异质性。 聚类分析的基本原理是根据样本自身的属性，用数学方法按照某种相似性或差异性指标，定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类。 描述亲属程度通常有两种方法：一种是把样本或变量看出那个p维向量，样本点看成P 维空间的一个点，定义点与点之间的距离；另一种是用样本间的相似系数来描述其亲疏程度。有了距离和相似系数就可定量地对样本进行分组，根据分类函数将差异最小的归为一组，组与组之间再按分类函数进一步归类，直到所有样本归为一类为止。 聚类分析根据分类对象的不同分为Q型和R型两类，Q--型聚类是对样本进行分类处理，R--型聚类是对变量进行分类处理。 聚类分析的基本思想是，对于位置类别的样本或变量，依据相应的定义把它们分为若干类，分类过程是一个逐步减少类别的过程，在每一个聚类层次，必须满足“类内差异小，类间差异大”原则，直至归为一类。评价聚类效果的指标一般是方差，距离小的样品所组成的类方差较小。 常见的聚类分析方法有系统聚类法、动态聚类法（逐步聚类法）、有序样本聚类法、图论聚类法和模糊聚类法等。 二、对聚类分析法的评价 聚类分析也是一种分类技术。与多元分析的其他方法相比，该方法较为粗糙，理论上还不完善，但应用方面取得了很大成功。与回归分析、判别分析一起被称为多元分析的三大方法。 聚类的目的：根据已知数据，计算各观察个体或变量之间亲疏关系的统计量（距离或相关系数）。根据某种准则（最短距离法、最长距离法、中间距离法、重心法），使同一类内的
第十章聚类分析 教学目的：掌握快速聚类和层次聚类的操作，了解各种距离，掌握其结果的阅读。 教学重点：重点考察K-means cluster、hierarchial cluster过程 教学时数：讲授2学时，操作2学时 教学方法：讲授与演示结合 聚类分析（Cluster Analysis）是研究将个体或变量进行分类的一种多元统计方法。是直接比较各事物之间的性质，将性质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同的类。 属于一种探索性分析，不同研究者对于同一组数据进行聚类分析，由于所使用的方法不同，常会得出不同的结论。 聚类分析方法根据统计方法的不同分为层次聚类和快速聚类 根据分类对象的不同分为两类：一类是对样本所作的分类，即Q-型聚类，一类是对变量所作的分类，即R-型聚类。聚类分析的基本思想是，据已知数据，计算各观察个体或变量之间亲疏关系的统计量（距离或相关系数）。根据某种准则（最短距离法、最长距离法、中间距离法），使同一类内的差别较小，而类与类之间的差别较大，最终将观察个体或变量分为若干类。分类过程是一个逐步减少类别的过程，在每一个聚类层次，必须满足“类内差异小，类间差异大”原则，直至归为一类。 例： 不同地区城镇居民收入和消费状况的分类研究 区域经济及社会发展水平的分析及全国区域经济综合评价 在儿童生长发育研究中，把以形态学为主的指标归于一类，以机能为主的指标归于另一类 研究样品间的关系常用距离，研究指标间的关系常用相似系数。 1、距离 （1）欧式（Euclidian ）距离 假使每个样品有p个变量，则每个样品都可以看成p维空间中的一个点，n个样品就是p维空间中的n 个点，则第i样品与第j样品之间的距离记为dij （2）欧式距离平方（系统默认） 2、相似系数 相似系数常用的有：夹角余弦与相关系数 3、类间距离 最近距离、最远距离、类间平均法等 10.1 层次聚类分析（系统聚类） 10.1.1基本概念与方法 其原理是将n个变量（观察量）看成不同的n类，然后将性质最接近的两类合并为一类，再从这n－1类中找到最接近的两类加以合并，依此类推，直到所有的变量（观察量）被合为一类。得到该结果后，使用者再根据具体的问题和聚类结果来决定应当分为几类。 其优点：可以对变量进行聚类（R型聚类），也可对观察量进行聚类（Q型聚类）；变量可以是连续性变量，也可是分类变量。计算距离的方法也较丰富。 其缺点：需反复计算距离，观察量太大或变量较多时，速度较慢。 10.1.2实例1 一、例题与数据E10－1a.sav（将北京地区18区县按中等职业教育发展水平的9个指标进行聚类，）
第 10 章 聚类分析 “物以类聚，人以群分”。对事物进行分类，是人们认识事物的出发点，也是人们认识世界的一种重要方法。因此，分类学已成为人们认识世界的一门基础科学。 在生物、经济、社会、人口等领域的研究中，存在着大量量化分类研究。例如：在生物学中，为了研究生物的演变，生物学家需要根据各种生物不同的特征对生物进行分类。在经济研究中，为了研究不同地区城镇居民生活中的收入和消费情况，往往需要划分不同的类型去研究。在地质学中，为了研究矿物勘探，需要根据各种矿石的化学和物理性质和所含化学成分把它们归于不同的矿石类。在人口学研究中，需要构造人口生育分类模式、人口死亡分类状况，以此来研究人口的生育和死亡规律。但历史上这些分类方法多半是人们主要依靠经验作定性分类，致使许多分类带有主观性和任意性，不能很好地揭示客观事物内在的本质差别与联系；特别是对于多因素、多指标的分类问题，定性分类的准确性不好把握。为了克服定性分类存在的不足，人们把数学方法引入分类中，形成了数值分类学。后来随着多元统计分析的发展，从数值分类学中逐渐分离出了聚类分析方法。随着计算机技术的不断发展，利用数学方法研究分类不仅非常必要而且完全可能，因此近年来，聚类分析的理论和应用得到了迅速的发展。 聚类分析就是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。根据聚类对象的不同，聚类分析分为Q 型聚类和R 型聚类。Q 型聚类是对样品进行分类处理，R 型聚类是对变量进行分类处理。根据聚类方法的不同，聚类分析又可以分为系统聚类法、K －均值聚类法、有序样品聚类法、模糊聚类法等。本书将仅针对系统聚类法和K －均值聚类法进行介绍。 10.1 系统聚类法的理论与方法 10.1.1 系统聚类的基本思想 系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。系统聚类过程是：假设总共有个样品（或变量），第一步将每个样品（或变量）独自聚成一类，共有类；第二步根据所确定的样品（或变量）“距离”公式，把距离较近的两个样品（或变量）聚合为一类，其它的样品（或变量）仍各自聚为一类，这样，形成1n n n ?类；第三步1? 个类中“距离”最近的两个类进一步聚成一类，这样，形2n 将n 成?类；……。 以上步骤一直进行下去，最后将所有的样品（或变量）全聚成一类。为了直观地反映以上的系统聚类过程，可以把整个分类系统画成一张谱系图，所以，系统聚类有时也称为谱系分析。 10.1.2 个体之间距离的度量方法 进行聚类分析首先要建立在各个样品（或变量）之间“距离”的精确度量的基础之上。根据变量类型的不同，“距离”的度量方式也不相同，下面分别叙述： 1. 针对连续变量的距离测度 欧氏距离（Euclidean distance ）： 两个体p 个变量值之差平方和的平方根
Abbo无私奉献，只收1个金币，BS收5个金币的… 何老师考简单点啊……
第五章 聚类分析 5.1 判别分析和聚类分析有何区别？ 答：即根据一定的判别准则，判定一个样本归属于哪一类。具体而言，设有n 个样本，对每个样本测得p 项指标（变量）的数据，已知每个样本属于k 个类别（或总体）中的某一类，通过找出一个最优的划分，使得不同类别的样本尽可能地区别开，并判别该样本属于哪个总体。聚类分析是分析如何对样品（或变量）进行量化分类的问题。在聚类之前，我们并不知道总体，而是通过一次次的聚类，使相近的样品（或变量）聚合形成总体。通俗来讲，判别分析是在已知有多少类及是什么类的情况下进行分类，而聚类分析是在不知道类的情况下进行分类。 5.2 试述系统聚类的基本思想。 答：系统聚类的基本思想是：距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。 5.3 对样品和变量进行聚类分析时， 所构造的统计量分别是什么？简要说明为什么这样构造？ 答：对样品进行聚类分析时，用距离来测定样品之间的相似程度。因为我们把n 个样本看作p 维空间的n 个点。点之间的距离即可代表样品间的相似度。常用的距离为 （一）闵可夫斯基距离：1/1 ()() p q q ij ik jk k d q X X ==-∑ q 取不同值，分为 （1）绝对距离（1q =） 1 (1)p ij ik jk k d X X ==-∑ （2）欧氏距离（2q =） 21/2 1 (2)() p ij ik jk k d X X ==-∑ （3）切比雪夫距离（q =∞） 1()max ij ik jk k p d X X ≤≤∞=- （二）马氏距离 （三）兰氏距离 对变量的相似性，我们更多地要了解变量的变化趋势或变化方向，因此用相关性进行衡量。 2 1()()()ij i j i j d M -'=--X X ΣX X 11()p ik jk ij k ik jk X X d L p X X =-=+∑
例： 为了更深入了解我国环境的污染程度状况，现利用2009 年数据对全国31个省、自治区、直辖市进行聚类分析。 解：现在要分析我国各个地区的环境污染程度，案例中选择了各地区“工业废气排放总量”、“工业废水排放总量”和“二氧化硫排放总量”三个指标来反映不同污染程度的环境状况，同时选择了北京等省市的数据加以研究。这个问题属于典型的多元分析问题，需要利用多个指标来分析各省市之间环境污染程度的差异。因此，可以考虑利用快速聚类分析来研究各省市之间的差异性，具体操作步骤如下。 1)打随书光盘中的数据文件9-2.sav，选择菜单栏中的【A nalyze（分析）】→【Classify（分 类）】→【K-Means Cluster（K均值聚类）】命令，弹出【K-Means Cluster Analysis（K均值聚类分析）】对话框。 2)在左侧的候选变量列表框中将X1、X2和X3变量设定为聚类分析变量，将其添加至 【Variables（变量）】列表框中；同时选择Y作为标识变量，将其移入【Label Cases by （个案标记依据）】列表框中。 3)在【Number of Clusters（聚类数）】文本框中输入数值“3”，表示将样品利用聚类分析 分为三类，如下图所示。 4)单击【Save（保存）】按钮，弹出【K-Means Cluster Analysis：Save（K均值聚类分析： 保存）】对话框；勾选【Cluster membership（聚类新成员）】和【Distanc e from cluster center （与聚类中心的距离）】复选框，表示输出样品的聚类类别及距离，其他选项保持系统默认设置，如下图所示，单击【Continue（继续）】按钮返回主对话框。
1、什么是聚类分析 聚类分析也称群分析或点群分析，它是研究多要素事物分类问题的数量方法，是一种新兴的多元统计方法，是当代分类学与多元分析的结合。其基本原理是，根据样本自身的属性，用数学方法按照某种相似性或差异性指标，定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类。 聚类分析是将分类对象置于一个多维空问中，按照它们空问关系的亲疏程度进行分类。 通俗的讲，聚类分析就是根据事物彼此不同的属性进行辨认，将具有相似属性的事物聚为一类，使得同一类的事物具有高度的相似性。 聚类分析方法，是定量地研究地理事物分类问题和地理分区问题的重要方法，常见的聚类分析方法有系统聚类法、动态聚类法和模糊聚类法等。 2、聚类分析方法的特征 （1）、聚类分析简单、直观。 （2）、聚类分析主要应用于探索性的研究，其分析的结果可以提供多个可能的解，选择最终的解需要研究者的主观判断和后续的分析。 （3）、不管实际数据中是否真正存在不同的类别，利用聚类分析都能得到分成若干类别的解。 （4）、聚类分析的解完全依赖于研究者所选择的聚类变量，增加或删除一些变量对最终的解都可能产生实质性的影响。 （5）、研究者在使用聚类分析时应特别注意可能影响结果的各个因素。 （6）、异常值和特殊的变量对聚类有较大影响，当分类变量的测量尺度不一致时，需要事先做标准化处理。 3、聚类分析的发展历程 在过去的几年中聚类分析发展方向有两个：加强现有的聚类算法和发明新的聚类算法。现在已经有一些加强的算法用来处理大型数据库和高维度数据，例如小波变换使用多分辨率算法，网格从粗糙到密集从而提高聚类簇的质量。 然而，对于数据量大、维度高并且包含许多噪声的集合，要找到一个“全能”的聚类算法是非常困难的。某些算法只能解决其中的两个问题，同时能很好解决三个问题的算法还没有，现在最大的困难是高维度(同时包含大量噪声)数据的处理。 算法的可伸缩性是一个重要的指标，通过采用各种技术，一些算法具有很好的伸缩
聚类分析及算法研究 公允价值计量属性的应用 ——以我国金融行业为例 赵婷 （重庆理工大学会计学院，重庆400054） 公允价值对金融行业的影响不容忽视。以我国金融行业A股上市公司2015年年报披露的信息为基础，分析了当前公允价值计量的应用意义；同时，阐述了金融行业运用公允价值计量的现状。结果表明，公允价值计量属性对金融行业资产的计量极其重要，可以帮助提高行业信息的相关性，有助于投资者了解金融市场动态。 标签：公允价值；金融行业；会计信息质量 1引言 随着经济的发展，国家在不断地修订会计准则，会计政策也随之产生巨大的变化，而会计政策的每一次变动，都对处于该经济背景下的企业产生了深远的影响。有学者认为，经济环境的变化将持续不断地影响着会计政策的选取，而如何在历次的变化中觉察会计政策变化的轨迹与特征，并利用其具有的特征和轨迹做出有利于企业经营管理的决策，应是我们重点关注的领域，而公允价值计量属性是会计政策的内容之一。 2公允价值计量属性的应用意义 公允价值计量属性对我国金融资产的计量影响深远。美国历史上著名的“储蓄与贷款危机”表明：企业若以公允价值对储蓄和贷款款项进行计量，能够及时的向大众传达企业已经资不抵债的现状，有助于减少投资者的损失，反之，企业若自欺欺人的认为自身资金实力雄厚，偿债能力较强，会误导外部投资者与政府监管部门而使企业和社会蒙受了巨大的损失。随着市场经济的发展，企业经营业务不断的扩张，越来越多的公司开展股票、债券等金融产品的交易，市场活跃程度加强，历史成本计量属性已不符合广大投资者的需求，急需“公允价值”入驻进行恰当的补充。 3金融行业公允价值计量属性应用现状 表12015年金融业A股上市公司年报披露公允价值变动损失最大的前十家公司及原因
聚类分析算法解析 一、不相似矩阵计算 1. 加载数据 data(iris) str(iris) > data (iris) > str(iris) 1 data .fizame ：": 150 oba.. of 5 var iato les : $ Sepal. Length: num 5,. 1 电?9 屯?=4.6 5 5.4 4, E S 4?4 4?9 ■■甲 S Sepal. Width : num 3<5 3 3*2 3.1 3.6 3*9 3.4 3.1 2 ,9 3*1 $ Petal .Length: nuio 1?4 1?4 1?3 1.5 1?4 1,4 1 ■理 1?5??? $ Petal. Width. : num 0..2 0). 2 0.2 0.2 0.2 0.4 0?3 0.2 0.2 0.1 ■… $ Species : Factor w/ 3 levels ^setosa^-j -?verslcolor **, ■八 1 1 分类分析是无指导的分类，所以删除数据中的原分类变量。 iris$Species<-NULL 2. 不相似矩阵计算 不相似矩阵计算，也就是距离矩阵计算，在 R 中采用dist()函数，或者cluster 包中 的daisy()函数。dist()函数的基本形式是 dist(x, method = "euclidean", diag = FALSE, upper = FALSE, p = 2) 其中x 是数据框(数据集)，而方法可以指定为欧式距离 "euclidean", 最大距离 "maximum",绝对值距离"manhattan", "canberra", 二进制距离非对称 "binary" 和明氏距 离"mi nkowski"。默认是计算欧式距离，所有的属性必须是相同的类型。 比如都是连续类型， 或者都是二值类型。 dd<-dist(iris) str(dd) > str(dd) Class 'disf atomic [1: 11175] CL 539 Cl ?￡l 0.6^18 D ? 1^11 0.616 **? ??—attr (*z *r Size F,J = lnt 150 .attr= logi FALSE .atvr ^Vpper**) = logi FALSE ■ +— attr ( *, fr methcd r,) = chr fF euclidean F, ?* 一 attr ( *t *r calldist (x = ir is) 距离矩阵可以使用 as.matrix() 函数转化了矩阵的形式，方便显示。 例样本间距离矩阵为 150行列的方阵。下面显示了 1~5号样本间的欧式距离。 dd<-as.matrix(dd) > str(dd) -attr (*y ^diimnames"] =List of 2 ..$ : chr [1:150] H l ,f ”旷 ”3” "4” : chr [1:150] n l rr "2n Iris 数据共150 0.51 0.648 0?141 num [1:150, 0 0.539
聚类分析作业 例题： country populatn density urban religion lifeexpf lifeexpm literacy pop_in Afghanistan20,50018Muslim444529 Bangladesh125,00016Muslim535335 Cambodia10,00012Buddhist525035 China1,205,20026Taoist696778 HongKong5,8005,94Buddhist807577 India911,60026Hindu595852 Indonesia199,70029Muslim656177 Japan125,50077Buddhist827699 Malaysia19,50043Muslim726678 23,10060Buddhist736799 Pakistan128,10032Muslim585735 Philippines69,80043Catholic686390 45,00072Protstnt746896 Singapore2,9004,100Taoist797388 Taiwan20,94471Buddhist787291 Thailand59,40022Buddhist726593 Vietnam73,10020Buddhist686388 进行聚类分析，步骤如下： 1、标准化的欧式距离聚类 各类所属 得出以上结果，以欧氏距离为计算距离方法，把以上17个亚洲国家地区按6个变量欧氏距离划分为三类。 第一类为：Bangladesh 第二类为：China
第三类为：Malaysia 2、尝试其他类间距离方法