1 K-均聚类算法的基本思想 K-均聚类算法 是著名的划分聚类分割方法。划分方法的基本思想是:给定一个有N个元组或者纪录的数据集,分裂法将构造K个分组,每一个分组就代表一个聚类,KN。而且这K个分组满足下列条件:(1) 每一个分组至少包含一个数据纪录;(
1 K-均值聚类算法的基本思想
K-均值聚类算法是著名的划分聚类分割方法。划分方法的基本思想是:给定一个有N个元组或者纪录的数据集,分裂法将构造K个分组,每一个分组就代表一个聚类,K 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心的距离,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。这个过程将不断重复直到满足某个终止条件,终止条件可以是以下任何一个: (1)没有对象被重新分配给不同的聚类。 (2)聚类中心再发生变化。 (3)误差平方和局部最小。 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)循环(3)到(4)直到每个聚类不再发生变化为止; (3)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; (4)重新计算每个(有变化)聚类的均值(中心对象),直到聚类中心不再变化。这种划分使得下式最小 K-均值聚类法的缺点: (1)在 K-means 算法中 K 是事先给定的,这个 K 值的选定是非常难以估计的。 (2)在 K-means 算法中,首先需要根据初始聚类中心来确定一个初始划分,然后对初始划分进行优化。 (3) K-means算法需要不断地进行样本分类调整不断地计算调整后的新的聚类中心因此当数据量非常大时算法的时间开销是非常大的。 (4)K-means算法对一些离散点和初始k值敏感,不同的距离初始值对同样的数据样本可能得到不同的结果。
2 OpenCV中K均值函数分析:
CV_IMPL int
cvKMeans2( const CvArr* _samples, intcluster_count, CvArr* _labels,
CvTermCriteria termcrit, int attempts, CvRNG*,
intflags, CvArr* _centers, double* _compactness )
_samples:输入样本的浮点矩阵,每个样本一行,如对彩色图像进行聚类,每个通道一行,CV_32FC3
cluster_count:所给定的聚类数目
_labels:输出整数向量:每个样本对应的类别标识,其范围为0- (cluster_count-1),必须满足以下条件:
cv::Mat data = cv::cvarrToMat(_samples),labels = cv::cvarrToMat(_labels);
CV_Assert(labels.isContinuous() && labels.type() == CV_32S &&
(labels.cols == 1 || labels.rows == 1)&&
labels.cols + labels.rows - 1 ==data.rows );
termcrit:指定聚类的最大迭代次数和/或精度(两次迭代引起的聚类中心的移动距离),其执行 k-means 算法搜索 cluster_count 个类别的中心并对样本进行分类,输出 labels(i) 为样本i的类别标识。其中CvTermCriteria为OpenCV中的迭代算法的终止准则,其结构如下:
#define CV_TERMCRIT_ITER 1
#define CV_TERMCRIT_NUMBER CV_TERMCRIT_ITER
#define CV_TERMCRIT_EPS 2
typedef struct CvTermCriteria
{
int type; int max_iter; double epsilon;
} CvTermCriteria;
max_iter:最大迭代次数。 epsilon:结果的精确性 。
attempts:
flags: 与labels和centers相关
_centers: 输出聚类中心,可以不用设置输出聚类中心,但如果想输出聚类中心必须满足以下条件:
CV_Assert(!centers.empty() );
CV_Assert( centers.rows == cluster_count );
CV_Assert( centers.cols ==data.cols );
CV_Assert( centers.depth() == data.depth() );
聚类中心的获得方式:(以三类为例)
double cent0 = centers->data.fl[0];
double cent1 = centers->data.fl[1];
double cent2 = centers->data.fl[2];
CV_IMPL int
cvKMeans2( const CvArr* _samples,int cluster_count,CvArr* _labels,
CvTermCriteriatermcrit, intattempts, CvRNG*,
int flags, CvArr* _centers, double* _compactness )
{
cv::Mat data = cv::cvarrToMat(_samples), labels= cv::cvarrToMat(_labels), centers;
if( _centers )
{
centers= cv::cvarrToMat(_centers);
// 将centers和data转换为行向量
centers= centers.reshape(1);
data= data.reshape(1);
// centers必须满足的条件
CV_Assert(!centers.empty());
CV_Assert(centers.rows== cluster_count );
CV_Assert(centers.cols== data.cols);
CV_Assert(centers.depth()== data.depth());
}
// labels必须满足的条件
CV_Assert(labels.isContinuous()&& labels.type()== CV_32S &&
(labels.cols == 1 || labels.rows == 1) &&
labels.cols + labels.rows - 1 == data.rows );
// 调用kmeans实现聚类,如果定义了输出聚类中心矩阵,那么输出centers
double compactness = cv::kmeans(data, cluster_count, labels,termcrit, attempts,
flags, _centers? cv::_OutputArray(centers) : cv::_OutputArray() );
if( _compactness )
*_compactness= compactness;
return 1;
}
double cv::kmeans( InputArray_data, int K,
InputOutputArray_bestLabels,
TermCriteriacriteria, intattempts,
intflags, OutputArray_centers )
{
const int SPP_TRIALS =3;
Mat data = _data.getMat();
// 判断data是否为行向量
bool isrow = data.rows == 1 && data.channels() > 1;
int N = !isrow ? data.rows : data.cols;
int dims = (!isrow? data.cols: 1)*data.channels();
int type = data.depth();
attempts= std::max(attempts, 1);
CV_Assert(data.dimstype == CV_32F && K> 0 );
CV_Assert(N >= K);
_bestLabels.create(N, 1, CV_32S, -1, true);
Mat _labels, best_labels = _bestLabels.getMat();
// 使用已初始化的labels
if( flags & CV_KMEANS_USE_INITIAL_LABELS)
{
CV_Assert((best_labels.cols== 1 || best_labels.rows== 1) &&
best_labels.cols*best_labels.rows == N&&
best_labels.type() == CV_32S&&
best_labels.isContinuous());
best_labels.copyTo(_labels);
}
else
{
if( !((best_labels.cols== 1 || best_labels.rows== 1) &&
best_labels.cols*best_labels.rows == N&&
best_labels.type() == CV_32S&&
best_labels.isContinuous()))
best_labels.create(N, 1, CV_32S);
_labels.create(best_labels.size(), best_labels.type());
}
int* labels = _labels.ptrint>();
Mat centers(K, dims, type), old_centers(K, dims, type), temp(1, dims, type);
vectorint> counters(K);
vectorVec2f> _box(dims);
Vec2f* box = &_box[0];
double best_compactness = DBL_MAX,compactness = 0;
RNG&rng = theRNG();
int a, iter, i, j, k;
// 对终止条件进行修改
if( criteria.type& TermCriteria::EPS)
criteria.epsilon = std::max(criteria.epsilon, 0.);
else
criteria.epsilon = FLT_EPSILON;
criteria.epsilon *= criteria.epsilon;
if( criteria.type& TermCriteria::COUNT)
criteria.maxCount = std::min(std::max(criteria.maxCount, 2), 100);
else
criteria.maxCount = 100;
// 聚类数目为1类的时候
if( K == 1 )
{
attempts= 1;
criteria.maxCount = 2;
}
const float* sample = data.ptrfloat>(0);
for( j = 0; j dims; j++ )
box[j] = Vec2f(sample[j], sample[j]);
for( i = 1; i N; i++ )
{
sample= data.ptrfloat>(i);
for( j = 0; j dims; j++ )
{
floatv = sample[j];
box[j][0] = std::min(box[j][0], v);
box[j][1] = std::max(box[j][1], v);
}
}
for( a = 0; a attempts; a++ )
{
double max_center_shift = DBL_MAX;
for( iter = 0;; )
{
swap(centers, old_centers);
/*enum
{
KMEANS_RANDOM_CENTERS=0, // Chooses random centers for k-Meansinitialization
KMEANS_PP_CENTERS=2, // Usesk-Means++ algorithm for initialization
KMEANS_USE_INITIAL_LABELS=1 // Uses the user-provided labels for K-Meansinitialization
};*/
if(iter == 0 && (a > 0 || !(flags& KMEANS_USE_INITIAL_LABELS)) )
{
if(flags & KMEANS_PP_CENTERS)
generateCentersPP(data, centers, K, rng, SPP_TRIALS);
else
{
for(k = 0; kK; k++)
generateRandomCenter(_box, centers.ptrfloat>(k), rng);
}
}
else
{
if(iter == 0 && a == 0 && (flags& KMEANS_USE_INITIAL_LABELS) )
{
for(i = 0; iN; i++)
CV_Assert( (unsigned)labels[i] unsigned)K);
}
//compute centers
centers= Scalar(0);
for(k = 0; kK; k++)
counters[k] = 0;
for(i = 0; iN; i++)
{
sample= data.ptrfloat>(i);
k= labels[i];
float*center = centers.ptrfloat>(k);
j=0;
#ifCV_ENABLE_UNROLLED
for(;j dims- 4; j += 4 )
{
float t0 = center[j] + sample[j];
float t1 = center[j+1] + sample[j+1];
center[j] = t0;
center[j+1] = t1;
t0 = center[j+2] + sample[j+2];
t1 = center[j+3] + sample[j+3];
center[j+2] = t0;
center[j+3] = t1;
}
#endif
for(; j dims;j++ )
center[j] += sample[j];
counters[k]++;
}
if(iter > 0 )
max_center_shift= 0;
for(k = 0; kK; k++)
{
if(counters[k]!= 0 )
continue;
// if somecluster appeared to be empty then:
// 1. find the biggest cluster
// 2. find the farthest from the center pointin the biggest cluster
// 3. exclude the farthest point from thebiggest cluster and form a new 1-point cluster.
intmax_k = 0;
for(int k1 = 1; k1 K; k1++ )
{
if( counters[max_k] counters[k1] )
max_k = k1;
}
doublemax_dist = 0;
intfarthest_i = -1;
float*new_center = centers.ptrfloat>(k);
float*old_center = centers.ptrfloat>(max_k);
float*_old_center = temp.ptrfloat>();// normalized
floatscale = 1.f/counters[max_k];
for(j = 0; jdims; j++)
_old_center[j] = old_center[j]*scale;
for(i = 0; iN; i++)
{
if(labels[i]!= max_k )
continue;
sample = data.ptrfloat>(i);
double dist = normL2Sqr_(sample,_old_center, dims);
if( max_dist dist )
{
max_dist = dist;
farthest_i = i;
}
}
counters[max_k]--;
counters[k]++;
labels[farthest_i] = k;
sample= data.ptrfloat>(farthest_i);
for(j = 0; jdims; j++)
{
old_center[j] -= sample[j];
new_center[j] += sample[j];
}
}
for(k = 0; kK; k++)
{
float*center = centers.ptrfloat>(k);
CV_Assert(counters[k]!= 0 );
floatscale = 1.f/counters[k];
for(j = 0; jdims; j++)
center[j] *= scale;
if(iter > 0 )
{
double dist = 0;
const float* old_center = old_centers.ptrfloat>(k);
for( j = 0; j dims; j++ )
{
double t = center[j] - old_center[j];
dist += t*t;
}
max_center_shift= std::max(max_center_shift, dist);
}
}
}
if(++iter == MAX(criteria.maxCount,2) || max_center_shift criteria.epsilon)
break;
// assignlabels
Matdists(1, N,CV_64F);
double*dist = dists.ptrdouble>(0);
parallel_for_(Range(0, N),
KMeansDistanceComputer(dist,labels, data,centers));
compactness= 0;
for(i = 0; iN; i++)
{
compactness+= dist[i];
}
}
if( compactness best_compactness)
{
best_compactness= compactness;
if(_centers.needed())
centers.copyTo(_centers);
_labels.copyTo(best_labels);
}
}
return best_compactness;
}
3 采用cvKMeans2对灰度图像进行聚类分析
//灰度图像聚类分析
BOOL GrayImageSegmentByKMeans2(const IplImage* pImg, IplImage*pResult, intsortFlag)
{
assert(pImg != NULL&& pImg->nChannels== 1);
//创建样本矩阵,CV_32FC1代表位浮点通道(灰度图像)
CvMat*samples = cvCreateMat((pImg->width)* (pImg->height),1, CV_32FC1);
//创建类别标记矩阵,CV_32SF1代表位整型通道
CvMat*clusters = cvCreateMat((pImg->width)* (pImg->height),1, CV_32SC1);
//创建类别中心矩阵
CvMat*centers = cvCreateMat(nClusters, 1, CV_32FC1);
// 将原始图像转换到样本矩阵
{
intk = 0;
CvScalars;
for(int i = 0; i pImg->width; i++)
{
for(int j=0;j pImg->height; j++)
{
s.val[0] = (float)cvGet2D(pImg, j, i).val[0];
cvSet2D(samples,k++, 0, s);
}
}
}
//开始聚类,迭代次,终止误差.0
cvKMeans2(samples, nClusters,clusters, cvTermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER + CV_TERMCRIT_EPS,100, 1.0), 1, 0, 0, centers);
// 无需排序直接输出时
if (sortFlag == 0)
{
intk = 0;
intval = 0;
floatstep = 255 / ((float)nClusters - 1);
CvScalars;
for(int i = 0; i pImg->width; i++)
{
for(int j = 0;j pImg->height; j++)
{
val = (int)clusters->data.i[k++];
s.val[0] = 255- val * step;//这个是将不同类别取不同的像素值,
cvSet2D(pResult,j, i, s); //将每个像素点赋值
}
}
returnTRUE;
}
4 利用OpenCV对彩色图像进行颜色聚类:
BOOL ColorImageSegmentByKMeans2(const IplImage* img, IplImage* pResult, int sortFlag)
{
assert(img != NULL&& pResult != NULL);
assert(img->nChannels== 3 && pResult->nChannels == 1);
int i,j;
CvMat*samples=cvCreateMat((img->width)*(img->height),1,CV_32FC3);//创建样本矩阵,CV_32FC3代表位浮点通道(彩色图像)
CvMat*clusters=cvCreateMat((img->width)*(img->height),1,CV_32SC1);//创建类别标记矩阵,CV_32SF1代表位整型通道
int k=0;
for (i=0;iimg->width;i++)
{
for(j=0;jimg->height;j++)
{
CvScalars;
//获取图像各个像素点的三通道值(RGB)
s.val[0]=(float)cvGet2D(img,j,i).val[0];
s.val[1]=(float)cvGet2D(img,j,i).val[1];
s.val[2]=(float)cvGet2D(img,j,i).val[2];
cvSet2D(samples,k++,0,s);//将像素点三通道的值按顺序排入样本矩阵
}
}
cvKMeans2(samples,nClusters,clusters,cvTermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER,100,1.0));//开始聚类,迭代次,终止误差.0
k=0;
int val=0;
float step=255/(nClusters-1);
for (i=0;iimg->width;i++)
{
for(j=0;jimg->height;j++)
{
val=(int)clusters->data.i[k++];
CvScalars;
s.val[0]=255-val*step;//这个是将不同类别取不同的像素值,
cvSet2D(pResult,j,i,s); //将每个像素点赋值
}
}
cvReleaseMat(&samples);
cvReleaseMat(&clusters);
return TRUE;
}

在数据库优化中,应根据查询需求选择索引策略:1.当查询涉及多个列且条件顺序固定时,使用复合索引;2.当查询涉及多个列但条件顺序不固定时,使用多个单列索引。复合索引适用于优化多列查询,单列索引则适合单列查询。

要优化MySQL慢查询,需使用slowquerylog和performance_schema:1.启用slowquerylog并设置阈值,记录慢查询;2.利用performance_schema分析查询执行细节,找出性能瓶颈并优化。

MySQL和SQL是开发者必备技能。1.MySQL是开源的关系型数据库管理系统,SQL是用于管理和操作数据库的标准语言。2.MySQL通过高效的数据存储和检索功能支持多种存储引擎,SQL通过简单语句完成复杂数据操作。3.使用示例包括基本查询和高级查询,如按条件过滤和排序。4.常见错误包括语法错误和性能问题,可通过检查SQL语句和使用EXPLAIN命令优化。5.性能优化技巧包括使用索引、避免全表扫描、优化JOIN操作和提升代码可读性。

MySQL异步主从复制通过binlog实现数据同步,提升读性能和高可用性。1)主服务器记录变更到binlog;2)从服务器通过I/O线程读取binlog;3)从服务器的SQL线程应用binlog同步数据。

MySQL是一个开源的关系型数据库管理系统。1)创建数据库和表:使用CREATEDATABASE和CREATETABLE命令。2)基本操作:INSERT、UPDATE、DELETE和SELECT。3)高级操作:JOIN、子查询和事务处理。4)调试技巧:检查语法、数据类型和权限。5)优化建议:使用索引、避免SELECT*和使用事务。

MySQL的安装和基本操作包括:1.下载并安装MySQL,设置根用户密码;2.使用SQL命令创建数据库和表,如CREATEDATABASE和CREATETABLE;3.执行CRUD操作,使用INSERT,SELECT,UPDATE,DELETE命令;4.创建索引和存储过程以优化性能和实现复杂逻辑。通过这些步骤,你可以从零开始构建和管理MySQL数据库。

InnoDBBufferPool通过将数据和索引页加载到内存中来提升MySQL数据库的性能。1)数据页加载到BufferPool中,减少磁盘I/O。2)脏页被标记并定期刷新到磁盘。3)LRU算法管理数据页淘汰。4)预读机制提前加载可能需要的数据页。

MySQL适合初学者使用,因为它安装简单、功能强大且易于管理数据。1.安装和配置简单,适用于多种操作系统。2.支持基本操作如创建数据库和表、插入、查询、更新和删除数据。3.提供高级功能如JOIN操作和子查询。4.可以通过索引、查询优化和分表分区来提升性能。5.支持备份、恢复和安全措施,确保数据的安全和一致性。


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