京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
聚类算法之K均值
有时候,我们只有训练样本的特征,而对其类型一无所知。这种情况,我们只能让算法尝试在训练数据中寻找其内部的结构,试图将其类别挖掘出来。这种方式叫做无监督学习。由于这种方式通常是将样本中相似的样本聚集在一起,所以又叫聚类算法。本文,中颢润将介绍一种最常用的聚类算法:K均值聚类算法(K-Means)。
1、K均值聚类
K-Means算法思想简单,效果却很好,是最有名的聚类算法。聚类算法的步骤如下:
a:初始化K个样本作为初始聚类中心;
b:计算每个样本点到K个中心的距离,选择最近的中心作为其分类,直到所有样本点分类完毕;
c:分别计算K个类中所有样本的质心,作为新的中心点,完成一轮迭代。
通常的迭代结束条件为新的质心与之前的质心偏移值小于一个给定阈值。
下面给一个简单的例子来加深理解。如下图有4个样本点,坐标分别为A(-1,-1),B(1,-1),C(-1,1),D(1,1)。现在要将他们聚成2类,指定A、B作为初始聚类中心(聚类中心A0,B0),指定阈值0.1。K-Means迭代过程如下:
step 1.1:计算各样本距离聚类中心的距离:
样本A:d(A,A0) = 0;d(A,B0) = 2;因此样本A属于A0所在类;
样本B:d(B,A0) = 2;d(B,B0) = 0;因此样本B属于B0所在类;
样本C:d(C,A0) = 2;d(C,B0) = 2.8;;因此样本C属于A0所在类;
样本C:d(D,A0) =2.8; d(D,B0) = 2;;因此样本C属于B0所在类;
step 1.2:全部样本分类完毕,现在计算A0类(包含样本AC)和B0类(包含样本BD)的新的聚类中心:
A1 =(-1, 0); B1 = (1,0);
step 1.3:计算聚类中心的偏移值是否满足终止条件:
|A1-A0|= |(-1,0)-(-1,-1) | = |(0,1)| = 1 >0.1,因此继续迭代。
step 2.1:计算各样本距离聚类中心的距离:
样本A:d(A,A1) = 1;d(A,B1) = 2.2;因此样本A属于A1所在类;
样本B:d(B,A1) =2.2; d(B,B1) = 1;因此样本B属于B1所在类;
样本C:d(C,A1) = 1;d(C,B1) = 2.2;;因此样本C属于A1所在类;
样本D:d(D,A1) =2.2; d(D,B1) = 1;;因此样本C属于B1所在类;
step 2.2:全部样本分类完毕,现在计算A1类(包含样本AC)和B1类(包含样本BD)的新的聚类中心:
A2 =(-1, 0); B2 = (1,0);
step 2.3:计算聚类中心的偏移值是否满足终止条件:
|A2-A1|= |B2-B1| = 0 <0.1,因此迭代终止。
2、测试数据
下面这个测试数据有点类似SNS中的好友关系,假设是10个来自2个不同的圈子的同学的SNS聊天记录。显然,同一个圈子内的同学会有更密切的关系和互动。
数据如下所示,每一行代表一个好友关系。如第一行表示同学0与同学1的亲密程度为9(越高表示联系越密切)。
显然,这个数据中并没有告知我们这10个同学分别属于哪个圈子。因此我们的目标是使用K-Means聚类算法,将他们聚成2类。
[plain]view plaincopy
0 1 9
0 2 5
0 3 6
0 4 3
1 2 8
......
这个例子设计的很简单。我们使用上一篇文章中提到的关系矩阵,将其可视化出来,会看到如下结果:
这是个上三角矩阵,因为这个数据中认为好友关系是对称的。上图其实很快能发现,0,1,2,3,4用户紧密联系在一起,而5,6,7,8,9组成了另外一个圈子。
下面我们看看K-Means算法能否找出这个答案。
3、代码与分析
K-Means算法的Python代码如下:
[python]view plaincopy
# -*-coding: utf-8 -*-
frommatplotlib import pyplot
importscipy as sp
importnumpy as np
fromsklearn import svm
importmatplotlib.pyplot as plt
fromsklearn.cluster import KMeans
fromscipy import sparse
#数据读入
data =np.loadtxt('2.txt')
x_p =data[:, :2] # 取前2列
y_p =data[:, 2] # 取前2列
x =(sparse.csc_matrix((data[:,2], x_p.T)).astype(float))[:, :].todense()
nUser =x.shape[0]
#可视化矩阵
pyplot.imshow(x,interpolation='nearest')
pyplot.xlabel('用户')
pyplot.ylabel('用户')
pyplot.xticks(range(nUser))
pyplot.yticks(range(nUser))
pyplot.show()
#使用默认的K-Means算法
num_clusters= 2
clf =KMeans(n_clusters=num_clusters, n_init=1, verbose=1)
clf.fit(x)
print(clf.labels_)
#指定用户0与用户5作为初始化聚类中心
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
热力地图是数据可视化中极具辨识度与实用性的空间分析图表,结合地理空间维度与数据密度特征,通过颜色深浅、色阶渐变直观展示数 ...
2026-09-30 很多数据分析师做过按月份的销售额趋势图,画过按天的流量折线图,但当被问到“时间序列和普通数据有什么本质区别”“季节性 ...
2026-09-30同样是“银行数据岗”,在国有大行总行数据中心、在一家城商行的零售部、在银行系金融科技子公司、在保险公司,工作内容、成长节 ...
2026-09-29在数据分析与统计学研究中,数据往往不是独立存在的,不同变量之间普遍存在相互关联、相互影响的关系。相关性统计分析是挖掘变量 ...
2026-09-29 导读:大多数人只把 dataclasses 当成偷懒工具,用来少写 __init__、__repr__ 这类魔法方法。但它的能力远不止于此。本文带 ...
2026-09-29 很多数据分析师能熟练地计算指标、搭建标签体系,但当被问到“画像到底在解决什么问题”“画像和标签是什么关系”“画像如何 ...
2026-09-29在MySQL数据库运维与业务开发中,行业普遍存在“数据达到千万级就必须分表”的说法。但在实际生产环境中,千万条数据并不是强制 ...
2026-09-28CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 5W1H 分析法 定义:经典系统性思维框架,通过六个核心维度对问题进行全方位拆解与剖析,确 ...
2026-09-28 很多分析师在设计标签时思路清晰,但真到落地环节却面临“数据在手,不知如何转化为可用标签”的困境:或因加工方式选择不当 ...
2026-09-28CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 用户标签体系 定义: 通过一系列高度精炼的特征标识,对用户属性、行为与偏好进行量化刻画 ...
2026-09-24Pandas是Python生态中用于表格数据处理的核心库,广泛应用于数据清洗、统计运算、报表输出、数据分析建模等场景。在处理极大数值 ...
2026-09-24随着数字经济快速发展,数据已成为核心生产要素,各行各业的业务沉淀、用户行为、设备运行、市场交易均产生海量数据。数据处理作 ...
2026-09-24 很多分析师每天和数据打交道,但当被问到“标签是什么”“标签和指标有什么区别”“标签体系如何设计”时,却常常答不上来。 ...
2026-09-24在时序数据分析中,大部分业务数据并非持续平稳变化,而是会在某些时间节点出现突然抬升、断崖下跌、趋势反转、波动异变等现象, ...
2026-09-23在统计学与数据分析中,研究多组数据差异最常用的方法为单因素方差分析与事后多重比较。很多数据分析初学者容易混淆两者功能,认 ...
2026-09-23 很多数据分析师每天都在写 SQL,但当被问到“DQL 的本质是什么”“SELECT 子句的书写顺序与执行顺序为何不同”“INNER JOIN ...
2026-09-23 很多数据分析师写过无数个SELECT查询,但当被问到“如何新建一张表来固化中间数据”“创建视图和创建物理表有什么区别”“视 ...
2026-09-22CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 1. 金字塔原理 定义: 一种“先总后分、先结论后原因”的思考和表达方式。顶层为核心观点,中 ...
2026-09-22数据收集是数据分析、数据挖掘与数字化运营的源头工作,数据收集的完整性、准确性、时效性直接决定后续数据分析结果的可信度与业 ...
2026-09-21箱线图是数据分析中用于识别数据分布、判断离散程度、筛查异常值的核心图表。相比于直方图、趋势图,箱线图可以精准区分正常数据 ...
2026-09-21