京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
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
在用户行为分析实践中,很多从业者会陷入一个核心误区:过度关注“当前数据的分析结果”,却忽视了结果的“泛化能力”——即分析 ...
2026-03-13在数字经济时代,用户的每一次点击、浏览、停留、转化,都在传递着真实的需求信号。用户行为分析,本质上是通过收集、整理、挖掘 ...
2026-03-13在金融、零售、互联网等数据密集型行业,量化策略已成为企业挖掘商业价值、提升决策效率、控制经营风险的核心工具。而CDA(Certi ...
2026-03-13在机器学习建模体系中,随机森林作为集成学习的经典算法,凭借高精度、抗过拟合、适配多场景、可解释性强的核心优势,成为分类、 ...
2026-03-12在机器学习建模过程中,“哪些特征对预测结果影响最大?”“如何筛选核心特征、剔除冗余信息?”是从业者最常面临的核心问题。随 ...
2026-03-12在数字化转型深度渗透的今天,企业管理已从“经验驱动”全面转向“数据驱动”,数据思维成为企业高质量发展的核心竞争力,而CDA ...
2026-03-12在数字经济飞速发展的今天,数据分析已从“辅助工具”升级为“核心竞争力”,渗透到商业、科技、民生、金融等各个领域。无论是全 ...
2026-03-11上市公司财务报表是反映企业经营状况、盈利能力、偿债能力的核心数据载体,是投资者决策、研究者分析、从业者复盘的重要依据。16 ...
2026-03-11数字化浪潮下,数据已成为企业生存发展的核心资产,而数据思维,正是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师解锁数据价值、赋 ...
2026-03-11线性回归是数据分析中最常用的预测与关联分析方法,广泛应用于销售额预测、风险评估、趋势分析等场景(如前文销售额预测中的多元 ...
2026-03-10在SQL Server安装与配置的实操中,“服务名无效”是最令初学者头疼的高频问题之一。无论是在命令行执行net start启动服务、通过S ...
2026-03-10在数据驱动业务的当下,CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的核心价值,不仅在于解读数据,更在于搭建一套科学、可落地的 ...
2026-03-10在企业经营决策中,销售额预测是核心环节之一——无论是库存备货、营销预算制定、产能规划,还是战略布局,都需要基于精准的销售 ...
2026-03-09金融数据分析的核心价值,是通过挖掘数据规律、识别风险、捕捉机会,为投资决策、风险控制、业务优化提供精准支撑——而这一切的 ...
2026-03-09在数据驱动决策的时代,CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的核心工作,是通过数据解读业务、支撑决策,而指标与指标体系 ...
2026-03-09在数据处理的全流程中,数据呈现与数据分析是两个紧密关联却截然不同的核心环节。无论是科研数据整理、企业业务复盘,还是日常数 ...
2026-03-06在数据分析、数据预处理场景中,dat文件是一种常见的二进制或文本格式数据文件,广泛应用于科研数据、工程数据、传感器数据等领 ...
2026-03-06在数据驱动决策的时代,CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的核心价值,早已超越单纯的数据清洗与统计分析,而是通过数据 ...
2026-03-06在教学管理、培训数据统计、课程体系搭建等场景中,经常需要对课时数据进行排序并实现累加计算——比如,按课程章节排序,累加各 ...
2026-03-05在数据分析场景中,环比是衡量数据短期波动的核心指标——它通过对比“当前周期与上一个相邻周期”的数据,直观反映指标的月度、 ...
2026-03-05