聚类(cluster)与分类的不同之处在于, 分类算法训练过程中样本所属的分类是已知的属监督学习. 而聚类算法不需要带有分类的训练数据,而是根据样本特征的相似性将其分为几类,又称为无监督分类.

K均值聚类(K-means cluster)算法是一种比较简单的聚类算法:

  1. 在特征空间中选择k个质心,每个质心代表一个分类

  2. 对于每个样本点计算其到各质心的距离,将其归入最近质心的类中

  3. 对于每个类计算所有样本点的均值,作为新的质心

  4. 反复执行2,3直至所有样本点分类均不再发生变化为止.

上述算法中的距离可以采用不同的定义, 最常见的为欧式距离:

def distEclud(vecA, vecB):
return sqrt(sum(power(vecA - vecB, 2)))

初始质心可以在数据集边界内随机选取:

def randCent(dataSet, k):
n = shape(dataSet)[1]
centers = mat(zeros((k, n)))
for j in range(n):
minJ = min(dataSet[:, j])
rangeJ = float(max(dataSet[:, j]) - minJ)
centers[:, j] = mat(minJ + rangeJ * random.rand(k, 1))
return centers

实现KMean算法:

def kMeans(dataSet, k, distMethod=distEclud, createCent=randCent):
m = shape(dataSet)[0]
clusterAssess = mat(zeros((m, 2)))
centers = createCent(dataSet, k)
clusterChanged = True
while clusterChanged:
clusterChanged = False
for i in range(m): # for each sample
# get closest center
minDist = inf
minIndex = -1
for j in range(k): # for each class
dist = distMethod(centers[j, :], dataSet[i, :])
if dist < minDist:
minDist = dist
minIndex = j
if clusterAssess[i, 0] != minIndex:
clusterChanged = True
clusterAssess[i, :] = minIndex, minDist ** 2
# update center
for cent in range(k):
ptsInClust = dataSet[nonzero(clusterAssess[:, 0].A == cent)[0]]
centers[cent, :] = mean(ptsInClust, axis=0)
return centers, clusterAssess

centers为所有质心的坐标列表, clusterAssess记录了每个点的序号和距其质心距离的平方.

定义误差平方和(Sum of Squared Error, SSE)为所有样本点距其质心的距离平方和, 误差越小则聚类效果越好.

K-Mean算法很容易实现,但是需要手动指定分类数k故而在实际应用中非常不便.

二分K均值算法是该问题的一种解决方案, 该算法仅需指定最大的分类数而自行选择最佳分类数:

  1. 将整个数据集作为一个分类

  2. 使用kMeans算法将其进行二分类

  3. 选择误差较大的分类进行进一步划分

算法实现:

def binKMeans(dataSet, k, distMethod=distEclud):
m = shape(dataSet)[0]
clusterAssess = mat(zeros((m, 2)))
originCenters = mean(dataSet, axis=0).tolist()[0]
centers = [originCenters]
# get origin error
for j in range(m):
clusterAssess[j, 1] = distMethod(mat(originCenters), dataSet[j, :]) ** 2
# try to cluster
while (len(centers) < k):
# get best spilt
minError = inf
for i in range(len(centers)):
ptsInCurrCluster = dataSet[nonzero(clusterAssess[:, 0].A == i)[0], :]
splitCenter, splitAssess = kMeans(ptsInCurrCluster, 2, distMethod)
spiltError = sum(splitAssess[:, 1])
formerError = sum(clusterAssess[nonzero(clusterAssess[:, 0].A != i)[0], 1])
if (spiltError + formerError) < minError:
bestCentToSplit = i
bestNewCents = splitCenter
bestClustAss = splitAssess.copy()
minError = spiltError + formerError
# update assessment
bestClustAss[nonzero(bestClustAss[:, 0].A == 1)[0], 0] = len(centers)
bestClustAss[nonzero(bestClustAss[:, 0].A == 0)[0], 0] = bestCentToSplit
# update global centers and assessment
centers[bestCentToSplit] = bestNewCents[0, :].tolist()[0]
centers.append(bestNewCents[1, :].tolist()[0])
clusterAssess[nonzero(clusterAssess[:, 0].A == bestCentToSplit)[0], :] = bestClustAss
return centers, clusterAssess

完整源码

K均值聚类的更多相关文章

  1. 【转】算法杂货铺——k均值聚类(K-means)

    k均值聚类(K-means) 4.1.摘要 在前面的文章中,介绍了三种常见的分类算法.分类作为一种监督学习方法,要求必须事先明确知道各个类别的信息,并且断言所有待分类项都有一个类别与之对应.但是很多时 ...

  2. 5-Spark高级数据分析-第五章 基于K均值聚类的网络流量异常检测

    据我们所知,有‘已知的已知’,有些事,我们知道我们知道:我们也知道,有 ‘已知的未知’,也就是说,有些事,我们现在知道我们不知道.但是,同样存在‘不知的不知’——有些事,我们不知道我们不知道. 上一章 ...

  3. 机器学习实战5:k-means聚类:二分k均值聚类+地理位置聚簇实例

    k-均值聚类是非监督学习的一种,输入必须指定聚簇中心个数k.k均值是基于相似度的聚类,为没有标签的一簇实例分为一类. 一 经典的k-均值聚类 思路: 1 随机创建k个质心(k必须指定,二维的很容易确定 ...

  4. Python实现kMeans(k均值聚类)

    Python实现kMeans(k均值聚类) 运行环境 Pyhton3 numpy(科学计算包) matplotlib(画图所需,不画图可不必) 计算过程 st=>start: 开始 e=> ...

  5. 机器学习理论与实战(十)K均值聚类和二分K均值聚类

    接下来就要说下无监督机器学习方法,所谓无监督机器学习前面也说过,就是没有标签的情况,对样本数据进行聚类分析.关联性分析等.主要包括K均值聚类(K-means clustering)和关联分析,这两大类 ...

  6. 第十篇:K均值聚类(KMeans)

    前言 本文讲解如何使用R语言进行 KMeans 均值聚类分析,并以一个关于人口出生率死亡率的实例演示具体分析步骤. 聚类分析总体流程 1. 载入并了解数据集:2. 调用聚类函数进行聚类:3. 查看聚类 ...

  7. K均值聚类的失效性分析

    K均值聚类是一种应用广泛的聚类技术,特别是它不依赖于任何对数据所做的假设,比如说,给定一个数据集合及对应的类数目,就可以运用K均值方法,通过最小化均方误差,来进行聚类分析. 因此,K均值实际上是一个最 ...

  8. ML: 聚类算法-K均值聚类

    基于划分方法聚类算法R包: K-均值聚类(K-means)                   stats::kmeans().fpc::kmeansruns() K-中心点聚类(K-Medoids) ...

  9. 探索sklearn | K均值聚类

    1 K均值聚类 K均值聚类是一种非监督机器学习算法,只需要输入样本的特征 ,而无需标记. K均值聚类首先需要随机初始化K个聚类中心,然后遍历每一个样本,将样本归类到最近的一个聚类中,一个聚类中样本特征 ...

随机推荐

  1. lamp环境搭建(apache安装,mysql安装,php安装)

    1.卸载系统内置的LAMP环境 1)卸载httpd服务(内置Apache) ① 使用rpm指令查询安装的httpd服务 ② 卸载httpd服务 如果出现以上提示,代表系统默认不允许我们卸载软件,使用强 ...

  2. maven解决omitted for duplicate(依赖冲突)

    <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring- ...

  3. Alpha 冲刺 (9/10)

    队名 火箭少男100 组长博客 林燊大哥 作业博客 Alpha 冲鸭鸭鸭鸭鸭鸭鸭鸭! 成员冲刺阶段情况 林燊(组长) 过去两天完成了哪些任务 协调各成员之间的工作 多次测试软件运行 学习OPENMP ...

  4. 用installshield2013 将winform程序打包成exe执行程序

    前期准备工作 1,一个已经测试通过的winform程序 2,安装好的installshield2013插件   ps:一般VS都没有安装此插件,需要自己去下载 打包步骤 1,新建一个打包程序 ps:如 ...

  5. HaProxy 负载均衡集群

    HAProxy是一个使用C语言编写的自由及开放源代码软件,其提供高可用性.负载均衡,以及基于TCP和HTTP的应用程序代理,特别适用于那些负载特大的web站点,这些站点通常又需要会话保持或七层处理.H ...

  6. CVE-2015-1641 Office类型混淆漏洞及shellcode分析

    作者:枕边月亮 原文来自:CVE-2015-1641 Office类型混淆漏洞及shellcode分析 0x1实验环境:Win7_32位,Office2007 0x2工具:Windbg,OD,火绒剑, ...

  7. Android精通:View与ViewGroup,LinearLayout线性布局,RelativeLayout相对布局,ListView列表组件

    UI的描述 对于Android应用程序中,所有用户界面元素都是由View和ViewGroup对象构建的.View是绘制在屏幕上能与用户进行交互的一个对象.而对于ViewGroup来说,则是一个用于存放 ...

  8. 微信小程序如何套用iconfont

    前言 如果你在开发微信时,没有图标的话,可以到http://www.iconfont.cn/ 官方下使用图标,那么我们去使用一些吧,到官方网址下点击使用~ 下载代码即可使用,看看下载的文件吧. 如图可 ...

  9. virtual box 下安装centos 7

    1: 在virtual box下导入 镜像的时候报错: Failed to open/create the internal network 'HostInterfaceNetworking-Virt ...

  10. 通过shell快速配置J2EE运行环境

    虽然可以通过已经配置好的docker镜像来快速运行相关环境, 但是 现实往往就是这么残酷+有钱很任性的时候 就是给出了一个装好系统的电脑让配置环境,每次的配置环境变量真的很烦 纯体力活 就简单的写个脚 ...