《机器学习实战》二分-kMeans算法(二分K均值聚类)

=====================================================================

《机器学习实战》系列博客是博主阅读《机器学习实战》这本书的笔记也包含一些其他python实现的机器学习算法
                                          算法实现均采用python

github 源码同步:https://github.com/Thinkgamer/Machine-Learning-With-Python

=====================================================================


Scikit-learn 实现的K-Means 算法请参考 :点击阅读

K-Means 均值算法请参考:点击阅读


首先二分-K均值是为了解决k-均值的用户自定义输入簇值k所延伸出来的自己判断k数目,其基本思路是:

为了得到k个簇,将所有点的集合分裂成两个簇,从这些簇中选取一个继续分裂,如此下去,直到产生k个簇。


伪代码:

初始化簇表,使之包含由所有的点组成的簇。
repeat
   从簇表中取出一个簇。
   {对选定的簇进行多次二分试验}
   for i=1 to 试验次数 do
       使用基本k均值,二分选定的簇。
   endfor
   从二分试验中选择具有最小误差的两个簇。
   将这两个簇添加到簇表中。
until 簇表中包含k个簇

比如要分成5个组,第一次分裂产生2个组,然后从这2个组中选一个目标函数产生的误差比较大的,分裂这个组产生2个,这样加上开始那1个就有3个组了,然后再从这3个组里选一个分裂,产生4个组,重复此过程,产生5个组。这算是一中基本求精的思想。二分k均值不太受初始化的困扰,因为它执行了多次二分试验并选取具有最小误差的试验结果,还因为每步只有两个质心。

优点与缺点

k均值简单并且可以用于各种数据类型,它相当有效,尽管常常多次运行。然后k均值并不适合所有的数据类型。它不能处理非球形簇,不同尺寸和不同密度的簇。对包含离群点(噪声点)的数据进行聚类时,k均值也有问题。

其实现的Python代码如下:

#encoding:utf-8
from numpy import *

def loadDataSet(filename):
	dataMat = []          #创建元祖
	fr = open(filename)
	for line in fr.readlines():
		curLine = line.strip().split("\t")
		fltLine = map(float,curLine) #使用map函数将curLine里的数全部转换为float型
		dataMat.append(fltLine)
	return dataMat

def distEclud(vecA,vecB):          #计算两个向量的欧式距离
	return sqrt(sum(power(vecA-vecB,2)))

def randCent(dataSet,k):            #位给定数据集构建一个包含k个随机质心的集合
	n = shape(dataSet)[1]   #shape函数此时返回的是dataSet元祖的列数
	centroids = mat(zeros((k,n)))       #mat函数创建k行n列的矩阵,centroids存放簇中心
	for j in range(n):
		minJ = min(dataSet[:,j])           #第j列的最小值
		rangeJ = float(max(dataSet[:,j]) - minJ)
		centroids[:,j] = minJ + rangeJ * random.rand(k,1)  #random.rand(k,1)产生shape(k,1)的矩阵
	return centroids

def kMeans(dataSet,k,disMeas = distEclud,createCent = randCent):
	m = shape(dataSet)[0] #shape函数此时返回的是dataSet元祖的行数
	clusterAssment = mat(zeros((m,2)))      #创建一个m行2列的矩阵,第一列存放索引值,第二列存放误差,误差用来评价聚类效果
	centroids = createCent(dataSet,k)  #创建k个质心,调用createCent()函数
	clusterChanged =True #标志变量,若为true则继续迭代
	print "质心位置更新过程变化:"
	while clusterChanged:
		clusterChanged = False
		for i in range(m):
			minDist = inf #inf为正无穷大
			minIndex = -1  #创建索引
			for j in range(k):
				#寻找最近的质心
				disJI = disMeas(centroids[j,:],dataSet[i,:]) #计算每个点到质心的欧氏距离
				if disJI(array([0, 0, 1]), array([0, 2, 0]))
				#print array(nonzero(b2))
				#=>[[0, 0, 1],[0, 2, 0]]
				centroids[cent,:] = mean(ptsInClust,axis=0)  #计算所有点的均值,选项axis=0表示沿矩阵的列方向进行均值计算
	return centroids,clusterAssment  #返回所有的类质心与点分配结果
	
def bikMeans(dataSet,k,disMeas = distEclud):
	m = shape(dataSet)[0] #shape函数此时返回的是dataSet元祖的行数
	clusterAssment = mat(zeros((m,2)))      #创建一个m行2列的矩阵,第一列存放索引值,第二列存放误差,误差用来评价聚类效果
	#创建一个初始簇
	centroid0 = mean(dataSet,axis=0).tolist()[0]
	centList = [centroid0]
	print centList
	print len(centList)
	for j in range(m):
		clusterAssment[j,1] = disMeas(mat(centroid0),dataSet[j,:])**2 #计算所有点的均值,选项axis=0表示沿矩阵的列方向进行均值计算
	while (len(centList)<k):
		lowestSSE = inf #inf正无穷大
		for i in range(len(centList)):
			#尝试划分每一簇
			ptsInCurrCluster = dataSet[nonzero(clusterAssment[:,0].A==i)[0],:]
			centroidMat,splitClustAss = kMeans(ptsInCurrCluster,2,disMeas)
			
			sseSplit = sum(splitClustAss[:,1])
			sseNotSplit = sum(clusterAssment[nonzero(clusterAssment[:,0].A!=i)[0],1])
			print "sseSplit and notSplit:",sseSplit,sseNotSplit
			if (sseSplit + sseNotSplit)<lowestSSE:
				bestCentToSplit = i
				bestNewCents = centroidMat
				bestClustAss = splitClustAss.copy()
				lowestSSE = sseSplit + sseNotSplit
		#更新簇的分配结果
		bestClustAss[nonzero(bestClustAss[:,0].A == 1)[0],0] = len(centList)
		bestClustAss[nonzero(bestClustAss[:,0].A == 0)[0],0] = bestCentToSplit
		
		print "the bestCentToSplit is :",bestCentToSplit
		print "the len of bestClustAss is:",len(bestClustAss)
		centList[bestCentToSplit] = bestNewCents[0,:]
		centList.append(bestNewCents[1,:])
		clusterAssment[nonzero(clusterAssment[:,0].A == bestCentToSplit)[0],:] =bestClustAss
	return centList,clusterAssment
        #return mat(centList),clusterAssment

datMat = mat(loadDataSet('data.txt'))
myCentList,myNewAssment = bikMeans(datMat,2)
print "最终质心:\n",myCentList
print "索引值和均值:\n",myNewAssment


    原文作者:聚类算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/gamer_gyt/article/details/48949227
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
点赞