欧美bbbwbbbw肥妇,免费乱码人妻系列日韩,一级黄片

詳解K-means算法在Python中的實(shí)現(xiàn)

 更新時(shí)間:2017年12月05日 17:06:33   作者:Stardustsky  
這篇文章主要介紹了詳解K-means算法在Python中的實(shí)現(xiàn),具有一定借鑒價(jià)值,需要的朋友可以了解下。

K-means算法簡(jiǎn)介

K-means是機(jī)器學(xué)習(xí)中一個(gè)比較常用的算法,屬于無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法,其常被用于數(shù)據(jù)的聚類(lèi),只需為它指定簇的數(shù)量即可自動(dòng)將數(shù)據(jù)聚合到多類(lèi)中,相同簇中的數(shù)據(jù)相似度較高,不同簇中數(shù)據(jù)相似度較低。

K-MEANS算法是輸入聚類(lèi)個(gè)數(shù)k,以及包含 n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù),輸出滿(mǎn)足方差最小標(biāo)準(zhǔn)k個(gè)聚類(lèi)的一種算法。k-means 算法接受輸入量 k ;然后將n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象劃分為 k個(gè)聚類(lèi)以便使得所獲得的聚類(lèi)滿(mǎn)足:同一聚類(lèi)中的對(duì)象相似度較高;而不同聚類(lèi)中的對(duì)象相似度較小。

核心思想

通過(guò)迭代尋找k個(gè)類(lèi)簇的一種劃分方案,使得用這k個(gè)類(lèi)簇的均值來(lái)代表相應(yīng)各類(lèi)樣本時(shí)所得的總體誤差最小。

k個(gè)聚類(lèi)具有以下特點(diǎn):各聚類(lèi)本身盡可能的緊湊,而各聚類(lèi)之間盡可能的分開(kāi)。

k-means算法的基礎(chǔ)是最小誤差平方和準(zhǔn)則,K-menas的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):

原理簡(jiǎn)單
速度快
對(duì)大數(shù)據(jù)集有比較好的伸縮性

缺點(diǎn):

需要指定聚類(lèi) 數(shù)量K
對(duì)異常值敏感
對(duì)初始值敏感

K-means的聚類(lèi)過(guò)程

其聚類(lèi)過(guò)程類(lèi)似于梯度下降算法,建立代價(jià)函數(shù)并通過(guò)迭代使得代價(jià)函數(shù)值越來(lái)越小

適當(dāng)選擇c個(gè)類(lèi)的初始中心;
在第k次迭代中,對(duì)任意一個(gè)樣本,求其到c個(gè)中心的距離,將該樣本歸到距離最短的中心所在的類(lèi);
利用均值等方法更新該類(lèi)的中心值;
對(duì)于所有的c個(gè)聚類(lèi)中心,如果利用(2)(3)的迭代法更新后,值保持不變,則迭代結(jié)束,否則繼續(xù)迭代。

該算法的最大優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)潔和快速。算法的關(guān)鍵在于初始中心的選擇和距離公式。

K-means 實(shí)例展示

python中km的一些參數(shù):

sklearn.cluster.KMeans(
  n_clusters=8,
  init='k-means++', 
  n_init=10, 
  max_iter=300, 
  tol=0.0001, 
  precompute_distances='auto', 
  verbose=0, 
  random_state=None, 
  copy_x=True, 
  n_jobs=1, 
  algorithm='auto'
  )
n_clusters: 簇的個(gè)數(shù),即你想聚成幾類(lèi)
init: 初始簇中心的獲取方法
n_init: 獲取初始簇中心的更迭次數(shù),為了彌補(bǔ)初始質(zhì)心的影響,算法默認(rèn)會(huì)初始10個(gè)質(zhì)心,實(shí)現(xiàn)算法,然后返回最好的結(jié)果。
max_iter: 最大迭代次數(shù)(因?yàn)閗means算法的實(shí)現(xiàn)需要迭代)
tol: 容忍度,即kmeans運(yùn)行準(zhǔn)則收斂的條件
precompute_distances:是否需要提前計(jì)算距離,這個(gè)參數(shù)會(huì)在空間和時(shí)間之間做權(quán)衡,如果是True 會(huì)把整個(gè)距離矩陣都放到內(nèi)存中,auto 會(huì)默認(rèn)在數(shù)據(jù)樣本大于featurs*samples 的數(shù)量大于12e6 的時(shí)候False,False 時(shí)核心實(shí)現(xiàn)的方法是利用Cpython 來(lái)實(shí)現(xiàn)的
verbose: 冗長(zhǎng)模式(不太懂是啥意思,反正一般不去改默認(rèn)值)
random_state: 隨機(jī)生成簇中心的狀態(tài)條件。
copy_x: 對(duì)是否修改數(shù)據(jù)的一個(gè)標(biāo)記,如果True,即復(fù)制了就不會(huì)修改數(shù)據(jù)。bool 在scikit-learn 很多接口中都會(huì)有這個(gè)參數(shù)的,就是是否對(duì)輸入數(shù)據(jù)繼續(xù)copy 操作,以便不修改用戶(hù)的輸入數(shù)據(jù)。這個(gè)要理解Python 的內(nèi)存機(jī)制才會(huì)比較清楚。
n_jobs: 并行設(shè)置
algorithm: kmeans的實(shí)現(xiàn)算法,有:'auto', ‘full', ‘elkan', 其中 ‘full'表示用EM方式實(shí)現(xiàn)
雖然有很多參數(shù),但是都已經(jīng)給出了默認(rèn)值。所以我們一般不需要去傳入這些參數(shù),參數(shù)的??梢愿鶕?jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)用。

下面展示一個(gè)代碼例子

from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn.externals import joblib
from sklearn import cluster
import numpy as np

# 生成10*3的矩陣
data = np.random.rand(10,3)
print data
# 聚類(lèi)為4類(lèi)
estimator=KMeans(n_clusters=4)
# fit_predict表示擬合+預(yù)測(cè),也可以分開(kāi)寫(xiě)
res=estimator.fit_predict(data)
# 預(yù)測(cè)類(lèi)別標(biāo)簽結(jié)果
lable_pred=estimator.labels_
# 各個(gè)類(lèi)別的聚類(lèi)中心值
centroids=estimator.cluster_centers_
# 聚類(lèi)中心均值向量的總和
inertia=estimator.inertia_

print lable_pred
print centroids
print inertia

代碼執(zhí)行結(jié)果
[0 2 1 0 2 2 0 3 2 0]

[[ 0.3028348  0.25183096 0.62493622]
 [ 0.88481287 0.70891813 0.79463764]
 [ 0.66821961 0.54817207 0.30197415]
 [ 0.11629904 0.85684903 0.7088385 ]]
 
0.570794546829

為了更直觀的描述,這次在圖上做一個(gè)展示,由于圖像上繪制二維比較直觀,所以數(shù)據(jù)調(diào)整到了二維,選取100個(gè)點(diǎn)繪制,聚類(lèi)類(lèi)別為3類(lèi)

from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn.externals import joblib
from sklearn import cluster
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

data = np.random.rand(100,2)
estimator=KMeans(n_clusters=3)
res=estimator.fit_predict(data)
lable_pred=estimator.labels_
centroids=estimator.cluster_centers_
inertia=estimator.inertia_
#print res
print lable_pred
print centroids
print inertia

for i in range(len(data)):
  if int(lable_pred[i])==0:
    plt.scatter(data[i][0],data[i][1],color='red')
  if int(lable_pred[i])==1:
    plt.scatter(data[i][0],data[i][1],color='black')
  if int(lable_pred[i])==2:
    plt.scatter(data[i][0],data[i][1],color='blue')
plt.show()

可以看到聚類(lèi)效果還是不錯(cuò)的,對(duì)k-means的聚類(lèi)效率進(jìn)行了一個(gè)測(cè)試,將維度擴(kuò)寬到50維

數(shù)據(jù)規(guī)模 消耗時(shí)間 數(shù)據(jù)維度
10000條 4s 50維
100000條 30s 50維
1000000條 4'13s 50維

對(duì)于百萬(wàn)級(jí)的數(shù)據(jù),擬合時(shí)間還是能夠接受的,可見(jiàn)效率還是不錯(cuò),對(duì)模型的保存與其它的機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型保存類(lèi)似

from sklearn.externals import joblib
joblib.dump(km,"model/km_model.m")

總結(jié)

以上就是本文關(guān)于詳解K-means算法在Python中的實(shí)現(xiàn)的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站:

Python實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法代碼詳解

Python算法輸出1-9數(shù)組形成的結(jié)果為100的所有運(yùn)算式

Python編程實(shí)現(xiàn)蟻群算法詳解

如有不足之處,歡迎留言指出。感謝朋友們對(duì)本站的支持!

相關(guān)文章

最新評(píng)論