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K均值聚类算法-数据聚类的有用和受欢迎的算法 (k均值聚类算法)

admin2个月前 (04-24)数码13

引言

在数据分析和机器学习领域,聚类是一种常用的数据分析技术,用于将相似的数据点分组或聚集在一起。K均值聚类算法是一种经典的聚类算法,被广泛应用于各个领域。本文将介绍K均值聚类算法的基本原理和步骤,并探讨其在数据聚类中的常用技术。

K均值聚类算法的基本原理

K均值聚类算法是一种迭代的聚类算法,其基本原理如下:
  • 初始化:选择K个初始聚类中心点,可以是随机选择或根据领域知识选择。
  • 分配:将每个数据点分配到与其最近的聚类中心点所代表的簇。
  • 更新:根据分配的结果,更新每个簇的聚类中心点为该簇中所有数据点的平均值。
  • 重复:重复执行分配和更新步骤,直到聚类中心点不再发生变化或达到预定的迭代次数。

K均值聚类算法的步骤

K均值聚类算法的步骤如下:
  1. 步骤一:选择K个初始聚类中心点。
  2. 步骤二:计算每个数据点与聚类中心点的距离,并将其分配到最近的聚类中心点所代表的簇。
  3. 步骤三:更新每个簇的聚类中心点为该簇中所有数据点的平均值。
  4. 步骤四:重复执行步骤二和步骤三,直到聚类中心点不再发生变化或达到预定的迭代次数。

K均值聚类算法的常用技术

K均值聚类算法在实际应用中常常结合一些技术来提高聚类的效果和稳定性,以下是一些常用的技术:
  • 数据预处理:在进行K均值聚类之前,常常需要对数据进行预处理,包括数据清洗、特征选择和特征缩放等。这些预处理技术可以提高聚类的准确性和稳定性。
  • 聚类数K的选择:K均值聚类算法需要事先指定聚类的数目K。选择合适的K值对聚类结果的质量至关重要。常用的选择方法包括肘部法则、轮廓系数和基于信息准则的方法等。
  • 初始聚类中心点的选择:初始聚类中心点的选择对聚类结果也有很大影响。常用的选择方法包括随机选择、K均值++算法和基于密度的方法等。
  • 距离度量:K均值聚类算法通常使用欧氏距离作为距离度量。在某些情况下,欧氏距离可能不适用,需要选择合适的距离度量方法,如曼哈顿距离、闵可夫斯基距离和相关系数等。

结论

K均值聚类算法是一种常用的数据聚类技术,通过迭代的方式将数据点分配到不同的簇中。在实际应用中,可以结合数据预处理、聚类数K的选择、初始聚类中心点的选择和距离度量等技术来提高聚类的效果和稳定性。随着数据量的不断增加和应用场景的多样化,K均值聚类算法仍然具有广泛的应用前景。 k均值聚类算法

k均值聚类算法

探索深度:K均值聚类算法的奥秘

K均值聚类,这个看似简单的数据科学工具,实则蕴含着强大的数据挖掘能力。它是一种基于硬划分的聚类方法,旨在将数据样本划分为k个紧密且互不重叠的类别,每个样本的选择目标是使其与所属类别中心的距离达到最小化。这样的分类方式,让K均值聚类在众多聚类算法中独树一帜。

模型构建的艺术

想象一下,我们手握一个n个样本、m维特征的宝库,K均值的目标就是通过函数G=f(X),将这些样本精准地分配到k个类别中,每个类别都有其独特的特征空间。这个过程就像寻找一条从样本空间到类别空间的隐形路径,每一步都是为了优化样本间的距离和类别中心的代表性。

策略与决策

K均值的决策过程并非轻而易举,首先要面对的问题是确定k值。通常,通过层次聚类预分类不同k值,评估类别的平均直径,找到那个拐点,即类的大小和类中心的平均距离达到最佳平衡的时候,就是k的黄金分割点。

而选择合适的距离度量至关重要。K均值常常采用欧氏距离的平方,这是一种直观且实用的方法,但不同的距离度量可能会带来不同的聚类效果。定义的损失函数,就是我们的优化目标,即样本到其所属类中心距离的总和,它引导着我们的算法寻找最佳的聚类配置。

算法的实战步骤

实战中,K均值的执行流程如下:首先,选定k个初始中心,可能是随机选取的样本点。接着,每个样本与这些中心点计算距离,确定所属类别。然后,根据新的类别划分,更新每个类别的中心,即类别均值。这个过程不断迭代,直到中心点不再变动或达到预设的停止条件,最终输出聚类结果,即样本被精准划分到k个类别之中。

K均值聚类的魅力在于其简洁的实现和高效的性能,但其结果往往依赖于初始中心的选择和对损失函数的理解。通过深入理解这一算法,我们可以更好地在数据海洋中挖掘出隐藏的结构和规律。

聚类算法

1. 概述 K-means聚类算法也称k均值聚类算法,是集简单和经典于一身的基于距离的聚类算法。 它采用距离作为相似性的评价指标,即认为两个对象的距离越近,其相似度就越大。 该算法认为类簇是由距离靠近的对象组成的,因此把得到 紧凑且独立的簇作为最终目标。 2. 算法核心思想 K-means聚类算法是一种迭代求解的聚类分析算法,其步骤是随机选取K个对象作为初始的聚类中心,然后计算每个对象与各个种子聚类中心之间的距离,把每个对象分配给距离它最近的聚类中心。 聚类中心以及分配给它们的对象就代表一个聚类。 每分配一个样本,聚类的聚类中心会根据聚类中现有的对象被重新计算。 这个过程将不断重复直到满足某个终止条件。 终止条件可以是没有(或最小数目)对象被重新分配给不同的聚类,没有(或最小数目)聚类中心再发生变化,误差平方和局部最小。 3. 算法实现步骤 1、首先确定一个k值,即我们希望将数据集经过聚类得到k个集合。 2、从数据集中随机选择k个数据点作为质心。 3、对数据集中每一个点,计算其与每一个质心的距离(如欧式距离),离哪个质心近,就划分到那个质心所属的集合。 4、把所有数据归好集合后,一共有k个集合。 然后重新计算每个集合的质心。 5、如果新计算出来的质心和原来的质心之间的距离小于某一个设置的阈值(表示重新计算的质心的位置变化不大,趋于稳定,或者说收敛),我们可以认为聚类已经达到期望的结果,算法终止。 6、如果新质心和原质心距离变化很大,需要迭代3~5步骤。 4. 算法步骤图解 上图a表达了初始的数据集,假设k=2。 在图b中,我们随机选择了两个k类所对应的类别质心,即图中的红色质心和蓝色质心,然后分别求样本中所有点到这两个质心的距离,并标记每个样本的类别为和该样本距离最小的质心的类别,如图c所示,经过计算样本和红色质心和蓝色质心的距离,我们得到了所有样本点的第一轮迭代后的类别。 此时我们对我们当前标记为红色和蓝色的点分别求其新的质心,如图d所示,新的红色质心和蓝色质心的位置已经发生了变动。 图e和图f重复了我们在图c和图d的过程,即将所有点的类别标记为距离最近的质心的类别并求新的质心。 最终我们得到的两个类别如图f。 K-means术语: 簇:所有数据的点集合,簇中的对象是相似的。 质心:簇中所有点的中心(计算所有点的中心而来)5. K-means算法优缺点 优点: 1、原理比较简单,实现也是很容易,收敛速度快。 2、当结果簇是密集的,而簇与簇之间区别明显时, 它的效果较好。 3、主要需要调参的参数仅仅是簇数k。 缺点: 1、K值需要预先给定,很多情况下K值的估计是非常困难的。 2、K-Means算法对初始选取的质心点是敏感的,不同的随机种子点得到的聚类结果完全不同 ,对结果影响很大。 3、对噪音和异常点比较的敏感。 用来检测异常值。 4、采用迭代方法,可能只能得到局部的最优解,而无法得到全局的最优解。

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