
作者 | Josh Thompson
来源 | 数据派THU
Choosing the Right Clustering Algorithm for your Dataset - KDnuggets
聚类算法十分容易上手,但是选择恰当的聚类算法并不是一件容易的事。
数据聚类是搭建一个正确数据模型的重要步骤。数据分析应当根据数据的共同点整理信息。然而主要问题是,什么通用性参数可以给出最佳结果,以及什么才能称为“最佳”。
本文适用于菜鸟数据科学家或想提升聚类算法能力的专家。下文包括最广泛使用的聚类算法及其概况。根据每种方法的特殊性,本文针对其应用提出了建议。
四种基本算法以及如何选择
聚类模型可以分为四种常见的算法类别。尽管零零散散的聚类算法不少于100种,但是其中大部分的流行程度以及应用领域相对有限。
基于整个数据集对象间距离计算的聚类方法,称为基于连通性的聚类(connectivity-based)或层次聚类。根据算法的“方向”,它可以组合或反过来分解信息——聚集和分解的名称正是源于这种方向的区别。最流行和合理的类型是聚集型,你可以从输入所有数据开始,然后将这些数据点组合成越来越大的簇,直到达到极限。
层次聚类的一个典型案例是植物的分类。数据集的“树”从具体物种开始,以一些植物王国结束,每个植物王国都由更小的簇组成(门、类、阶等)。
层次聚类算法将返回树状图数据,该树状图展示了信息的结构,而不是集群上的具体分类。这样的特点既有好处,也有一些问题:算法会变得很复杂,且不适用于几乎没有层次的数据集。这种算法的性能也较差:由于存在大量的迭代,因此整个处理过程浪费了很多不必要的时间。最重要的是,这种分层算法并不能得到精确的结构。
同时,从预设的类别一直分解到所有的数据点,类别的个数不会对最终结果产生实质性影响,也不会影响预设的距离度量,该距离度量粗略测量和近似估计得到的。
根据我的经验,由于简单易操作,基于质心的聚类(Centroid-based)是最常出现的模型。 该模型旨在将数据集的每个对象划分为特定的类别。 簇数(k)是随机选择的,这可能是该方法的最大问题。 由于与k最近邻居(kNN)相似,该k均值算法在机器学习中特别受欢迎。
计算过程包括多个步骤。首先,输入数据集的目标类别数。聚类的中心应当尽可能分散,这有助于提高结果的准确性。
其次,该算法找到数据集的每个对象与每个聚类中心之间的距离。最小坐标距离(若使用图形表示)确定了将对象移动到哪个群集。
之后,将根据类别中所有点的坐标平均值重新计算聚类的中心。重复算法的上一步,但是计算中要使用簇的新中心点。除非达到某些条件,否则此类迭代将继续。例如,当簇的中心距上次迭代没有移动或移动不明显时,聚类将结束。
尽管数学和代码都很简单,但k均值仍有一些缺点,因此我们无法在所有情景中使用它。缺点包括:
相比之下,期望最大化算法可以避免那些复杂情况,同时提供更高的准确性。简而言之,它计算每个数据集点与我们指定的所有聚类的关联概率。用于该聚类模型的主要工具是高斯混合模型(GMM)–假设数据集的点服从高斯分布。
k-means算法可以算是EM原理的简化版本。它们都需要手动输入簇数,这是此类方法要面对的主要问题。除此之外,计算原理(对于GMM或k均值)很简单:簇的近似范围是在每次新迭代中逐渐更新的。
与基于质心的模型不同,EM算法允许对两个或多个聚类的点进行分类-它仅展示每个事件的可能性,你可以使用该事件进行进一步的分析。更重要的是,每个聚类的边界组成了不同度量的椭球体。这与k均值聚类不同,k均值聚类方法用圆形表示。但是,该算法对于不服从高斯分布的数据集根本不起作用。这也是该方法的主要缺点:它更适用于理论问题,而不是实际的测量或观察。
最后,基于数据密度的聚类成为数据科学家心中的最爱。
这个名字已经包括了模型的要点——将数据集划分为聚类,计数器会输入ε参数,即“邻居”距离。因此,如果目标点位于半径为ε的圆(球)内,则它属于该集群。
具有噪声的基于密度的聚类方法(DBSCAN)将逐步检查每个对象,将其状态更改为“已查看”,将其划分到具体的类别或噪声中,直到最终处理整个数据集。用DBSCAN确定的簇可以具有任意形状,因此非常精确。此外,该算法无需人为地设定簇数 —— 算法可以自动决定。
尽管如此,DBSCAN也有一些缺点。如果数据集由可变密度簇组成,则该方法的结果较差;如果对象的位置太近,并且无法轻易估算出ε参数,那么这也不是一个很好的选择。
总而言之,我们并不能说选择了错误的算法,只能说其中有些算法会更适合特定的数据集结构。为了采用最佳的(看起来更恰当的)算法,你需要全面了解它们的优缺点。
例如,如果某些算法不符合数据集规范,则可以从一开始就将其排除在外。为避免繁琐的工作,你可以花一些时间来记住这些信息,而无需反复试验并从自己的错误中学习。
我们希望本文能帮助你在初始阶段选择最好的算法。继续这了不起的工作吧!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
用 Power BI 制作地图热力图:基于经纬度数据的实践指南 在数据可视化领域,地图热力图凭借直观呈现地理数据分布密度的优势,成 ...
2025-07-24解析 insert into select 是否会锁表:原理、场景与应对策略 在数据库操作中,insert into select 是一种常用的批量数据插入语句 ...
2025-07-24CDA 数据分析师的工作范围解析 在数字化时代的浪潮下,数据已成为企业发展的核心资产之一。CDA(Certified Data Analyst)数据分 ...
2025-07-24从 CDA LEVEL II 考试题型看 Python 数据分析要点 在数据科学领域蓬勃发展的当下,CDA(Certified Data Analyst)认证成为众多从 ...
2025-07-23用 Python 开启数据分析之旅:从基础到实践的完整指南 在数据驱动决策的时代,数据分析已成为各行业不可或缺的核心能力。而 Pyt ...
2025-07-23鸢尾花判别分析:机器学习中的经典实践案例 在机器学习的世界里,有一个经典的数据集如同引路明灯,为无数初学者打开了模式识别 ...
2025-07-23解析 response.text 与 response.content 的核心区别 在网络数据请求与处理的场景中,开发者经常需要从服务器返回的响应中提取数 ...
2025-07-22解析神经网络中 Softmax 函数的核心作用 在神经网络的发展历程中,激活函数扮演着至关重要的角色,它们为网络赋予了非线性能力, ...
2025-07-22CDA数据分析师证书考取全攻略 一、了解 CDA 数据分析师认证 CDA 数据分析师认证是一套科学化、专业化、国际化的人才考核标准, ...
2025-07-22左偏态分布转正态分布:方法、原理与实践 左偏态分布转正态分布:方法、原理与实践 在统计分析、数据建模和科学研究中,正态分 ...
2025-07-22你是不是也经常刷到别人涨粉百万、带货千万,心里痒痒的,想着“我也试试”,结果三个月过去,粉丝不到1000,播放量惨不忍睹? ...
2025-07-21我是陈辉,一个创业十多年的企业主,前半段人生和“文字”紧紧绑在一起。从广告公司文案到品牌策划,再到自己开策划机构,我靠 ...
2025-07-21CDA 数据分析师的职业生涯规划:从入门到卓越的成长之路 在数字经济蓬勃发展的当下,数据已成为企业核心竞争力的重要来源,而 CD ...
2025-07-21MySQL执行计划中rows的计算逻辑:从原理到实践 MySQL 执行计划中 rows 的计算逻辑:从原理到实践 在 MySQL 数据库的查询优化中 ...
2025-07-21在AI渗透率超85%的2025年,企业生存之战就是数据之战,CDA认证已成为决定企业存续的生死线!据麦肯锡全球研究院数据显示,AI驱 ...
2025-07-2035岁焦虑像一把高悬的利刃,裁员潮、晋升无望、技能过时……当职场中年危机与数字化浪潮正面交锋,你是否发现: 简历投了10 ...
2025-07-20CDA 数据分析师报考条件详解与准备指南 在数据驱动决策的时代浪潮下,CDA 数据分析师认证愈发受到瞩目,成为众多有志投身数 ...
2025-07-18刚入职场或是在职场正面临岗位替代、技能更新、人机协作等焦虑的打工人,想要找到一条破解职场焦虑和升职瓶颈的系统化学习提升 ...
2025-07-182025被称为“AI元年”,而AI,与数据密不可分。网易公司创始人丁磊在《AI思维:从数据中创造价值的炼金术 ...
2025-07-18CDA 数据分析师:数据时代的价值挖掘者 在大数据席卷全球的今天,数据已成为企业核心竞争力的重要组成部分。从海量数据中提取有 ...
2025-07-18