聚类是一种无监督的学习,将相似的对象放到同一簇中,有点像是全自动分类,簇内的对象越相似,簇间的对象差别越大,则聚类效果越好。本文主要为大家详细介绍了python实现kMeans算法,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下,希望能帮助到大家。
1、k均值聚类算法
k均值聚类将数据分为k个簇,每个簇通过其质心,即簇中所有点的中心来描述。首先随机确定k个初始点作为质心,然后将数据集分配到距离最近的簇中。然后将每个簇的质心更新为所有数据集的平均值。然后再进行第二次划分数据集,直到聚类结果不再变化为止。
伪代码为
随机创建k个簇质心
当任意一个点的簇分配发生改变时:
对数据集中的每个数据点:
对每个质心:
计算数据集到质心的距离
将数据集分配到最近距离质心对应的簇
对每一个簇,计算簇中所有点的均值并将均值作为质心
python实现
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def loadDataSet(fileName): dataMat = [] with open(fileName) as f: for line in f.readlines(): line = line.strip().split('\t') dataMat.append(line) dataMat = np.array(dataMat).astype(np.float32) return dataMat def distEclud(vecA,vecB): return np.sqrt(np.sum(np.power((vecA-vecB),2))) def randCent(dataSet,k): m = np.shape(dataSet)[1] center = np.mat(np.ones((k,m))) for i in range(m): centmin = min(dataSet[:,i]) centmax = max(dataSet[:,i]) center[:,i] = centmin + (centmax - centmin) * np.random.rand(k,1) return center def kMeans(dataSet,k,distMeans = distEclud,createCent = randCent): m = np.shape(dataSet)[0] clusterAssment = np.mat(np.zeros((m,2))) centroids = createCent(dataSet,k) clusterChanged = True while clusterChanged: clusterChanged = False for i in range(m): minDist = np.inf minIndex = -1 for j in range(k): distJI = distMeans(dataSet[i,:],centroids[j,:]) if distJI < minDist: minDist = distJI minIndex = j if clusterAssment[i,0] != minIndex: clusterChanged = True clusterAssment[i,:] = minIndex,minDist**2 for cent in range(k): ptsInClust = dataSet[np.nonzero(clusterAssment[:,0].A == cent)[0]] centroids[cent,:] = np.mean(ptsInClust,axis = 0) return centroids,clusterAssment data = loadDataSet('testSet.txt') muCentroids, clusterAssing = kMeans(data,4) fig = plt.figure(0) ax = fig.add_subplot(111) ax.scatter(data[:,0],data[:,1],c = clusterAssing[:,0].A) plt.show() print(clusterAssing)
2、二分k均值算法
K均值算法可能会收敛到局部最小值,而非全局最小。一种用于度量聚类效果的指标为误差平方和(SSE)。因为取了平方,更加重视原理中心的点。为了克服k均值算法可能会收敛到局部最小值的问题,有人提出来二分k均值算法。
首先将所有点作为一个簇,然后将该簇一分为二,然后选择所有簇中对其划分能够最大程度减低SSE的值的簇,直到满足指定簇数为止。
伪代码
将所有点看成一个簇
计算SSE
while 当簇数目小于k时:
for 每一个簇:
计算总误差
在给定的簇上进行k均值聚类(k=2)
计算将该簇一分为二的总误差
选择使得误差最小的那个簇进行划分操作
python实现
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def loadDataSet(fileName): dataMat = [] with open(fileName) as f: for line in f.readlines(): line = line.strip().split('\t') dataMat.append(line) dataMat = np.array(dataMat).astype(np.float32) return dataMat def distEclud(vecA,vecB): return np.sqrt(np.sum(np.power((vecA-vecB),2))) def randCent(dataSet,k): m = np.shape(dataSet)[1] center = np.mat(np.ones((k,m))) for i in range(m): centmin = min(dataSet[:,i]) centmax = max(dataSet[:,i]) center[:,i] = centmin + (centmax - centmin) * np.random.rand(k,1) return center def kMeans(dataSet,k,distMeans = distEclud,createCent = randCent): m = np.shape(dataSet)[0] clusterAssment = np.mat(np.zeros((m,2))) centroids = createCent(dataSet,k) clusterChanged = True while clusterChanged: clusterChanged = False for i in range(m): minDist = np.inf minIndex = -1 for j in range(k): distJI = distMeans(dataSet[i,:],centroids[j,:]) if distJI < minDist: minDist = distJI minIndex = j if clusterAssment[i,0] != minIndex: clusterChanged = True clusterAssment[i,:] = minIndex,minDist**2 for cent in range(k): ptsInClust = dataSet[np.nonzero(clusterAssment[:,0].A == cent)[0]] centroids[cent,:] = np.mean(ptsInClust,axis = 0) return centroids,clusterAssment def biKmeans(dataSet,k,distMeans = distEclud): m = np.shape(dataSet)[0] clusterAssment = np.mat(np.zeros((m,2))) centroid0 = np.mean(dataSet,axis=0).tolist() centList = [centroid0] for j in range(m): clusterAssment[j,1] = distMeans(dataSet[j,:],np.mat(centroid0))**2 while (len(centList)<k): lowestSSE = np.inf for i in range(len(centList)): ptsInCurrCluster = dataSet[np.nonzero(clusterAssment[:,0].A == i)[0],:] centroidMat,splitClustAss = kMeans(ptsInCurrCluster,2,distMeans) sseSplit = np.sum(splitClustAss[:,1]) sseNotSplit = np.sum(clusterAssment[np.nonzero(clusterAssment[:,0].A != i)[0],1]) if (sseSplit + sseNotSplit) < lowestSSE: bestCentToSplit = i bestNewCents = centroidMat.copy() bestClustAss = splitClustAss.copy() lowestSSE = sseSplit + sseNotSplit print('the best cent to split is ',bestCentToSplit) # print('the len of the bestClust') bestClustAss[np.nonzero(bestClustAss[:,0].A == 1)[0],0] = len(centList) bestClustAss[np.nonzero(bestClustAss[:,0].A == 0)[0],0] = bestCentToSplit clusterAssment[np.nonzero(clusterAssment[:,0].A == bestCentToSplit)[0],:] = bestClustAss.copy() centList[bestCentToSplit] = bestNewCents[0,:].tolist()[0] centList.append(bestNewCents[1,:].tolist()[0]) return np.mat(centList),clusterAssment data = loadDataSet('testSet2.txt') muCentroids, clusterAssing = biKmeans(data,3) fig = plt.figure(0) ax = fig.add_subplot(111) ax.scatter(data[:,0],data[:,1],c = clusterAssing[:,0].A,cmap=plt.cm.Paired) ax.scatter(muCentroids[:,0],muCentroids[:,1]) plt.show() print(clusterAssing) print(muCentroids)
代码及数据集下载:K-means
相关推荐:
以上是python实现kMeans算法的详解的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

Python和C 各有优势,选择应基于项目需求。1)Python适合快速开发和数据处理,因其简洁语法和动态类型。2)C 适用于高性能和系统编程,因其静态类型和手动内存管理。

选择Python还是C 取决于项目需求:1)如果需要快速开发、数据处理和原型设计,选择Python;2)如果需要高性能、低延迟和接近硬件的控制,选择C 。

通过每天投入2小时的Python学习,可以有效提升编程技能。1.学习新知识:阅读文档或观看教程。2.实践:编写代码和完成练习。3.复习:巩固所学内容。4.项目实践:应用所学于实际项目中。这样的结构化学习计划能帮助你系统掌握Python并实现职业目标。

在两小时内高效学习Python的方法包括:1.回顾基础知识,确保熟悉Python的安装和基本语法;2.理解Python的核心概念,如变量、列表、函数等;3.通过使用示例掌握基本和高级用法;4.学习常见错误与调试技巧;5.应用性能优化与最佳实践,如使用列表推导式和遵循PEP8风格指南。

Python适合初学者和数据科学,C 适用于系统编程和游戏开发。1.Python简洁易用,适用于数据科学和Web开发。2.C 提供高性能和控制力,适用于游戏开发和系统编程。选择应基于项目需求和个人兴趣。

Python更适合数据科学和快速开发,C 更适合高性能和系统编程。1.Python语法简洁,易于学习,适用于数据处理和科学计算。2.C 语法复杂,但性能优越,常用于游戏开发和系统编程。

每天投入两小时学习Python是可行的。1.学习新知识:用一小时学习新概念,如列表和字典。2.实践和练习:用一小时进行编程练习,如编写小程序。通过合理规划和坚持不懈,你可以在短时间内掌握Python的核心概念。

Python更易学且易用,C 则更强大但复杂。1.Python语法简洁,适合初学者,动态类型和自动内存管理使其易用,但可能导致运行时错误。2.C 提供低级控制和高级特性,适合高性能应用,但学习门槛高,需手动管理内存和类型安全。


热AI工具

Undresser.AI Undress
人工智能驱动的应用程序,用于创建逼真的裸体照片

AI Clothes Remover
用于从照片中去除衣服的在线人工智能工具。

Undress AI Tool
免费脱衣服图片

Clothoff.io
AI脱衣机

Video Face Swap
使用我们完全免费的人工智能换脸工具轻松在任何视频中换脸!

热门文章

热工具

EditPlus 中文破解版
体积小,语法高亮,不支持代码提示功能

ZendStudio 13.5.1 Mac
功能强大的PHP集成开发环境

DVWA
Damn Vulnerable Web App (DVWA) 是一个PHP/MySQL的Web应用程序,非常容易受到攻击。它的主要目标是成为安全专业人员在合法环境中测试自己的技能和工具的辅助工具,帮助Web开发人员更好地理解保护Web应用程序的过程,并帮助教师/学生在课堂环境中教授/学习Web应用程序安全。DVWA的目标是通过简单直接的界面练习一些最常见的Web漏洞,难度各不相同。请注意,该软件中

螳螂BT
Mantis是一个易于部署的基于Web的缺陷跟踪工具,用于帮助产品缺陷跟踪。它需要PHP、MySQL和一个Web服务器。请查看我们的演示和托管服务。

mPDF
mPDF是一个PHP库,可以从UTF-8编码的HTML生成PDF文件。原作者Ian Back编写mPDF以从他的网站上“即时”输出PDF文件,并处理不同的语言。与原始脚本如HTML2FPDF相比,它的速度较慢,并且在使用Unicode字体时生成的文件较大,但支持CSS样式等,并进行了大量增强。支持几乎所有语言,包括RTL(阿拉伯语和希伯来语)和CJK(中日韩)。支持嵌套的块级元素(如P、DIV),