FCM算法的matlab程序2

FCM算法的matlab程序2

在“FCM算法的matlab程序”这篇文章中已经用matlab程序对iris数据库进行实现，并求解准确度。下面的程序是另一种方法，是最常用的方法：先初始化聚类中心，在进行迭代（此方法由于循环较多，时间复杂度相对较高，但更严谨。就时间性而言，推荐使用“FCM算法的matlab程序”这个程序）。

作者：凯鲁嘎吉 - 博客园 http://www.cnblogs.com/kailugaji/

1.采用iris数据库

iris_data.txt

5.1	3.5	1.4	0.2
4.9	3	1.4	0.2
4.7	3.2	1.3	0.2
4.6	3.1	1.5	0.2
5	3.6	1.4	0.2
5.4	3.9	1.7	0.4
4.6	3.4	1.4	0.3
5	3.4	1.5	0.2
4.4	2.9	1.4	0.2
4.9	3.1	1.5	0.1
5.4	3.7	1.5	0.2
4.8	3.4	1.6	0.2
4.8	3	1.4	0.1
4.3	3	1.1	0.1
5.8	4	1.2	0.2
5.7	4.4	1.5	0.4
5.4	3.9	1.3	0.4
5.1	3.5	1.4	0.3
5.7	3.8	1.7	0.3
5.1	3.8	1.5	0.3
5.4	3.4	1.7	0.2
5.1	3.7	1.5	0.4
4.6	3.6	1	0.2
5.1	3.3	1.7	0.5
4.8	3.4	1.9	0.2
5	3	1.6	0.2
5	3.4	1.6	0.4
5.2	3.5	1.5	0.2
5.2	3.4	1.4	0.2
4.7	3.2	1.6	0.2
4.8	3.1	1.6	0.2
5.4	3.4	1.5	0.4
5.2	4.1	1.5	0.1
5.5	4.2	1.4	0.2
4.9	3.1	1.5	0.2
5	3.2	1.2	0.2
5.5	3.5	1.3	0.2
4.9	3.6	1.4	0.1
4.4	3	1.3	0.2
5.1	3.4	1.5	0.2
5	3.5	1.3	0.3
4.5	2.3	1.3	0.3
4.4	3.2	1.3	0.2
5	3.5	1.6	0.6
5.1	3.8	1.9	0.4
4.8	3	1.4	0.3
5.1	3.8	1.6	0.2
4.6	3.2	1.4	0.2
5.3	3.7	1.5	0.2
5	3.3	1.4	0.2
7	3.2	4.7	1.4
6.4	3.2	4.5	1.5
6.9	3.1	4.9	1.5
5.5	2.3	4	1.3
6.5	2.8	4.6	1.5
5.7	2.8	4.5	1.3
6.3	3.3	4.7	1.6
4.9	2.4	3.3	1
6.6	2.9	4.6	1.3
5.2	2.7	3.9	1.4
5	2	3.5	1
5.9	3	4.2	1.5
6	2.2	4	1
6.1	2.9	4.7	1.4
5.6	2.9	3.6	1.3
6.7	3.1	4.4	1.4
5.6	3	4.5	1.5
5.8	2.7	4.1	1
6.2	2.2	4.5	1.5
5.6	2.5	3.9	1.1
5.9	3.2	4.8	1.8
6.1	2.8	4	1.3
6.3	2.5	4.9	1.5
6.1	2.8	4.7	1.2
6.4	2.9	4.3	1.3
6.6	3	4.4	1.4
6.8	2.8	4.8	1.4
6.7	3	5	1.7
6	2.9	4.5	1.5
5.7	2.6	3.5	1
5.5	2.4	3.8	1.1
5.5	2.4	3.7	1
5.8	2.7	3.9	1.2
6	2.7	5.1	1.6
5.4	3	4.5	1.5
6	3.4	4.5	1.6
6.7	3.1	4.7	1.5
6.3	2.3	4.4	1.3
5.6	3	4.1	1.3
5.5	2.5	4	1.3
5.5	2.6	4.4	1.2
6.1	3	4.6	1.4
5.8	2.6	4	1.2
5	2.3	3.3	1
5.6	2.7	4.2	1.3
5.7	3	4.2	1.2
5.7	2.9	4.2	1.3
6.2	2.9	4.3	1.3
5.1	2.5	3	1.1
5.7	2.8	4.1	1.3
6.3	3.3	6	2.5
5.8	2.7	5.1	1.9
7.1	3	5.9	2.1
6.3	2.9	5.6	1.8
6.5	3	5.8	2.2
7.6	3	6.6	2.1
4.9	2.5	4.5	1.7
7.3	2.9	6.3	1.8
6.7	2.5	5.8	1.8
7.2	3.6	6.1	2.5
6.5	3.2	5.1	2
6.4	2.7	5.3	1.9
6.8	3	5.5	2.1
5.7	2.5	5	2
5.8	2.8	5.1	2.4
6.4	3.2	5.3	2.3
6.5	3	5.5	1.8
7.7	3.8	6.7	2.2
7.7	2.6	6.9	2.3
6	2.2	5	1.5
6.9	3.2	5.7	2.3
5.6	2.8	4.9	2
7.7	2.8	6.7	2
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6.7	3.3	5.7	2.1
7.2	3.2	6	1.8
6.2	2.8	4.8	1.8
6.1	3	4.9	1.8
6.4	2.8	5.6	2.1
7.2	3	5.8	1.6
7.4	2.8	6.1	1.9
7.9	3.8	6.4	2
6.4	2.8	5.6	2.2
6.3	2.8	5.1	1.5
6.1	2.6	5.6	1.4
7.7	3	6.1	2.3
6.3	3.4	5.6	2.4
6.4	3.1	5.5	1.8
6	3	4.8	1.8
6.9	3.1	5.4	2.1
6.7	3.1	5.6	2.4
6.9	3.1	5.1	2.3
5.8	2.7	5.1	1.9
6.8	3.2	5.9	2.3
6.7	3.3	5.7	2.5
6.7	3	5.2	2.3
6.3	2.5	5	1.9
6.5	3	5.2	2
6.2	3.4	5.4	2.3
5.9	3	5.1	1.8

iris_id.txt

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2.matlab程序

My_FCM2.m

function label_1=My_FCM2(K)
%输入K：聚类数
%输出：label_1:聚的类, para_miu_new:模糊聚类中心μ，responsivity:模糊隶属度
format long
eps=1e-5;  %定义迭代终止条件的eps
alpha=2;  %模糊加权指数，[1,+无穷)
max_iter=100;  %最大迭代次数
fitness=zeros(max_iter,1);
data=dlmread('E:\www.cnblogs.comkailugaji\data\iris\iris_data.txt');
%----------------------------------------------------------------------------------------------------
%对data做最大-最小归一化处理
[data_num,~]=size(data);
X=(data-ones(data_num,1)*min(data))./(ones(data_num,1)*(max(data)-min(data)));
[X_num,X_dim]=size(X);
%----------------------------------------------------------------------------------------------------
%随机初始化K个聚类中心
rand_array=randperm(X_num);  %产生1~X_num之间整数的随机排列
para_miu=X(rand_array(1:K),:);  %随机排列取前K个数，在X矩阵中取这K行作为初始聚类中心
responsivity=zeros(X_num,K);
R_up=zeros(X_num,K);
% ----------------------------------------------------------------------------------------------------
% FCM算法
for t=1:max_iter
    %欧氏距离，计算（X-para_miu）^2=X^2+para_miu^2-2*para_miu*X'，矩阵大小为X_num*K
    distant=(sum(X.*X,2))*ones(1,K)+ones(X_num,1)*(sum(para_miu.*para_miu,2))'-2*X*para_miu';
    %更新隶属度矩阵X_num*K
    for i=1:X_num
        for j=1:K
            if distant(i,j)==1
                responsivity(i,j)=0;
            elseif distant(i,j)==0
                responsivity(i,j)=1./sum(responsivity(i,:)==0);
            else
                R_up(i,j)=distant(i,j).^(-1/(alpha-1));  %隶属度矩阵的分子部分
                responsivity(i,j)= R_up(i,j)./sum( R_up(i,:),2);
            end
        end
    end
    %目标函数值
    fitness(t)=sum(sum(distant.*(responsivity.^(alpha))));
     %更新聚类中心K*X_dim
    miu_up=(responsivity'.^(alpha))*X;  %μ的分子部分
    para_miu=miu_up./((sum(responsivity.^(alpha)))'*ones(1,X_dim));
    if t>1  %改成while不行
        if abs(fitness(t)-fitness(t-1))<eps
            break;
        end
    end
end
%iter=t;  %实际迭代次数
[~,label_1]=max(responsivity,[],2);

succeed.m

function accuracy=succeed(K,id)
%输入K：聚的类，id：训练后的聚类结果，N*1的矩阵
N=size(id,1);   %样本个数
p=perms(1:K);   %全排列矩阵
p_col=size(p,1);   %全排列的行数
new_label=zeros(N,p_col);   %聚类结果的所有可能取值，N*p_col
num=zeros(1,p_col);  %与真实聚类结果一样的个数
real_label=dlmread('E:\www.cnblogs.comkailugaji\data\iris\iris_id.txt');
%将训练结果全排列为N*p_col的矩阵，每一列为一种可能性
for i=1:N
    for j=1:p_col
        for k=1:K
            if id(i)==k
                new_label(i,j)=p(j,k)-1;  %加一减一看情况
            end
        end
    end
end
%与真实结果比对，计算精确度
for j=1:p_col
    for i=1:N
        if new_label(i,j)==real_label(i)
                num(j)=num(j)+1;
        end
    end
end
accuracy=max(num)/N;

Eg_FCM.m

function ave_acc_FCM=Eg_FCM(K,max_iter)
%输入K:聚的类，max_iter是最大迭代次数
%输出ave_acc_FCM：迭代max_iter次之后的平均准确度
s=0;
for i=1:max_iter
    label_1=My_FCM2(K);
    accuracy=succeed(K,label_1);
    s=s+accuracy;
end
ave_acc_FCM=s/max_iter;

3.结果

>> ave_acc_FCM=Eg_FCM(3,50)

ave_acc_FCM =

   0.893333333333333

4.注意

此算法是一个大众化的算法，先初始化聚类中心，再进行迭代，对隶属函数进行分情况讨论，将距离为0的情况考虑进去，但是计算速度慢。而在“FCM算法的matlab程序”是先初始化模糊隶属函数，再进行迭代，这样就避免分母为零的情况，而且计算速度快。对于严谨性大众性，可以采用本文的算法，对于时间性，可以采用“FCM算法的matlab程序”算法。