K-MEANS聚类算法的实现及应用
Python中的聚类分析方法和应用
Python中的聚类分析方法和应用聚类分析是一种数据挖掘技术，在数据分析、机器学习、人工智能等领域都有广泛的应用。
它的基本思想是将相似的样本归为同一类，不同的样本归为不同的类，从而实现对数据的分类和整理。
Python作为一种强大的编程语言，也提供了多种聚类分析算法的实现，以下是聚类分析在Python中的应用及其方法。
一、K-Means算法K-Means算法是一种经典的聚类算法，常用于分析数量较大的数据集。
K-Means算法通过不断迭代的方式，将数据集中的每一个样本归为k个簇中的某一个。
它的基本流程如下：首先从数据集中随机选取k个样本作为簇的中心点，然后计算数据集中其他样本与这k个簇中心点的距离，并将距离最近的样本分配给它所对应的簇。
接着重新计算每个簇的中心点，并重复这个过程，直到目标函数收敛或达到指定的迭代次数。
在Python中，K-Means算法的实现非常简单，主要依托于scikit-learn库。
引入sklearn.cluster包，并使用KMeans类即可。
以下是一个简单的Python代码示例：```from sklearn.cluster import KMeansimport numpy as npdata = np.random.rand(1000, 2)kmeans = KMeans(n_clusters=3, random_state=0).fit(data) labels = bels_centers = kmeans.cluster_centers_```其中，随机生成1000个二维数据作为数据集，然后使用KMeans 类进行聚类，将数据集划分为3个簇。
最后，通过labels和centers 变量获取分类信息和中心点坐标。
二、层次聚类算法层次聚类算法是另一种经典的聚类算法，在Python中同样得到了广泛的应用。
层次聚类算法又被称为自底向上聚类（bottom-up clustering）或自上而下聚类（top-down clustering），它的基本思想是不断合并距离最近的样本，直到所有的样本都被归为一类为止。
kmeans算法java实现
kmeans算法java实现K-means算法是一种常用的聚类算法，在机器学习和数据挖掘领域得到广泛应用。
本文将介绍K-means算法的原理以及如何用Java实现。
文章将按照以下五个主题逐步展开：K-means算法概述、算法步骤、Java实现准备、Java实现步骤和结果分析。
1. K-means算法概述K-means算法是一种非监督学习算法，用于将具有相似特征的数据点划分为不同的簇。
它以欧氏距离作为相似度度量，并希望簇内的数据点尽可能接近彼此，而不同簇之间的样本点则尽可能远离彼此。
算法的核心思想是通过迭代优化来找到使目标函数最小化的质心位置。
2. 算法步骤2.1 初始化：设定簇的数量K和数据集，随机选择K个数据点作为初始质心。
2.2 聚类：计算每个数据点到各个质心的距离，并将其归类到离其最近的质心所在的簇中。
2.3 更新质心：计算每个簇内所有数据点的均值，作为新的质心位置。
2.4 重复2.2和2.3步骤，直到质心位置不再改变或达到迭代次数的上限。
3. Java实现准备在开始编写代码之前，我们需要引入Java相关的机器学习库。
ApacheMahout和Weka是两个常用的选项，它们提供了各种机器学习算法的实现。
在本文中，我们将使用Weka库。
4. Java实现步骤4.1 导入必要的库：首先，导入Weka库，以及用于读取数据和处理数据的其他必要库。
4.2 读取数据：从外部文件读取数据，并将其转换为需要的格式。
例如，将输入的CSV文件转换为Weka库中的Instances对象。
4.3 初始化质心：随机选择K个数据点作为初始质心。
4.4 聚类和更新质心：根据质心计算每个数据点到各个质心的距离，并将其归类到最近的质心所在的簇中。
然后，计算每个簇内所有数据点的均值，作为新的质心位置。
4.5 重复聚类和更新质心步骤，直到质心位置不再改变或达到迭代次数的上限。
4.6 结果输出：将聚类的结果输出到外部文件，以便进一步分析和可视化。
kmeans色彩聚类算法
kmeans色彩聚类算法
K均值（K-means）色彩聚类算法是一种常见的无监督学习算法，用于将图像中的像素分组成具有相似颜色的集群。
该算法基于最小
化集群内部方差的原则，通过迭代寻找最优的集群中心来实现聚类。
首先，算法随机初始化K个集群中心（K为预先设定的参数），然后将每个像素分配到最接近的集群中心。
接下来，更新集群中心
为集群内所有像素的平均值，然后重新分配像素直到达到收敛条件。
最终，得到K个集群，每个集群代表一种颜色，图像中的像素根据
它们与集群中心的距离被归类到不同的集群中。
K均值色彩聚类算法的优点是简单且易于实现，对于大型数据
集也具有较高的效率。
然而，该算法也存在一些缺点，例如对初始
集群中心的选择敏感，可能收敛于局部最优解，对噪声和异常值敏
感等。
在实际应用中，K均值色彩聚类算法常被用于图像压缩、图像
分割以及图像检索等领域。
同时，为了提高算法的鲁棒性和效果，
通常会结合其他技术和方法，如颜色直方图、特征提取等。
此外，
还有一些改进的K均值算法，如加权K均值、谱聚类等，用于解决
K均值算法的局限性。
总之，K均值色彩聚类算法是一种常用的图像处理算法，通过对图像像素进行聚类，实现了图像的颜色分组和压缩，具有广泛的应用前景和研究价值。
kmeans的聚类算法
kmeans的聚类算法K-means是一种常见的聚类算法，它可以将数据集划分为K个簇，每个簇包含相似的数据点。
在本文中，我们将详细介绍K-means算法的原理、步骤和应用。
一、K-means算法原理K-means算法基于以下两个假设：1. 每个簇的中心是该簇内所有点的平均值。
2. 每个点都属于距离其最近的中心所在的簇。
基于这两个假设，K-means算法通过迭代寻找最佳中心来实现聚类。
具体来说，该算法包括以下步骤：二、K-means算法步骤1. 随机选择k个数据点作为初始质心。
2. 将每个数据点分配到距离其最近的质心所在的簇。
3. 计算每个簇内所有数据点的平均值，并将其作为新质心。
4. 重复步骤2和3直到质心不再变化或达到预定迭代次数。
三、K-means算法应用1. 数据挖掘：将大量数据分成几组可以帮助我们发现其中隐含的规律2. 图像分割：将图像分成几个部分，每个部分可以看做是一个簇，从而实现图像的分割。
3. 生物学：通过对生物数据进行聚类可以帮助我们理解生物之间的相似性和差异性。
四、K-means算法优缺点1. 优点：（1）简单易懂，易于实现。
（2）计算效率高，适用于大规模数据集。
（3）结果可解释性强。
2. 缺点：（1）需要预先设定簇数K。
（2）对初始质心的选择敏感，可能会陷入局部最优解。
（3）无法处理非球形簇和噪声数据。
五、K-means算法改进1. K-means++：改进了初始质心的选择方法，能够更好地避免陷入局部最优解。
2. Mini-batch K-means：通过随机抽样来加快计算速度，在保证精度的同时降低了计算复杂度。
K-means算法是一种常见的聚类算法，它通过迭代寻找最佳中心来实现聚类。
该算法应用广泛，但也存在一些缺点。
针对这些缺点，我们可以采用改进方法来提高其效果。
《数据挖掘实验》---K-means聚类及决策树算法实现预测分析实验报告
实验设计过程及分析：1、通过通信企业数据（USER_INFO_M.csv），使用K-means算法实现运营商客户价值分析，并制定相应的营销策略。
（预处理，构建5个特征后确定K 值，构建模型并评价）代码：setwd("D:\\Mi\\数据挖掘\\")datafile<-read.csv("USER_INFO_M.csv")zscoredFile<- na.omit(datafile)set.seed(123) # 设置随机种子result <- kmeans(zscoredFile[,c(9,10,14,19,20)], 4) # 建立模型，找聚类中心为4round(result$centers, 3) # 查看聚类中心table(result$cluster) # 统计不同类别样本的数目# 画出分析雷达图par(cex=0.8)library(fmsb)max <- apply(result$centers, 2, max)min <- apply(result$centers, 2, min)df <- data.frame(rbind(max, min, result$centers))radarchart(df = df, seg =5, plty = c(1:4), vlcex = 1, plwd = 2)# 给雷达图加图例L <- 1for(i in 1:4){legend(1.3, L, legend = paste("VIP_LVL", i), lty = i, lwd = 3, col = i, bty = "n")L <- L - 0.2}运行结果：2、根据企业在2016.01-2016.03客户的短信、流量、通话、消费的使用情况及客户基本信息的数据，构建决策树模型，实现对流失客户的预测，F1值。
kmeans聚类算法应用实例
kmeans聚类算法应用实例K-Means聚类算法应用实例一、K-Means聚类算法简介K-Means聚类算法是一种基于凝聚属性的迭代算法，它旨在将数据集中的样本点分类划分到指定数量的簇中，以达到相关性最强的分组效果。
算法的核心思想是，寻找代表簇中心的聚类中心，并根据距离聚类中心的远近，将样本分类到不同的簇中。
K-Means聚类的目的是要求出最优的聚类中心，使得样本集可以被完美划分成K个簇。
二、K-Means聚类算法的应用实例（1）客群分析K-Means聚类算法可以帮助分析客户行为及消费习惯，自动归类用户构成不同客群，如：高价值客户，积极向上的客户，偶尔购买的客户，交易历史较短的客户，低价值客户等，使企业更明确地识别其客户，选择最佳的沟通方式，创造出最大的收益。
（2）市场营销用户的社会属性，行为属性和品牌属性等，都可以利用K-Means算法对用户进行分类，进而分析用户喜好，细分市场，在不同市场中采取不同的营销战略，从而从更佳的维度去理解市场消费行为，深入分析和把握客户的行为，改善企业的市场营销效果。
（3）图像聚类K-Means聚类算法也可以用于图像处理中的相似图像聚类，以减少用户在查看数据时需要处理太多图像。
它旨在将图像划分为几个集群，使得每个簇中的样本相似度最高。
K-Means聚类算法可以用于解决视觉识别任务中的分类问题，提高图像识别系统的正确率以及效率。
（4）故障诊断K-Means聚类也可以用于故障诊断，将系统参数情况分类，来区分出系统的故障，当某一参数的值远低于正常值时，可以准确的将其分类为异常值，从而确定系统存在什么故障，从而可以有效降低系统故障率，提高系统稳定性和可靠性。
三、四、K-Means聚类算法的优缺点（1）优点a. K-Means算法效率高，计算量少；b. K-Means算法易于实现，调参相对容易；c. K-Means算法执行简单，可轻松融入现有系统；d. K-Means具有 translation invariant， scale invariant等特性，可解决非线性问题；（2）缺点a. K-Means算法的缺点是受初始聚类中心的影响较大，其结果可能受噪声干扰；b. K-Means算法可能收敛到局部最佳解；c. K-Means算法不能解决不同量级聚类间隔差异大的问题；d. K-Means算法对异常值存在敏感性，容易影响到聚类结果。
K-means聚类算法实现及应用
K-means聚类算法的实现及应用内容摘要本文在分析和实现经典k-means算法的基础上，针对初始类中心选择问题，结合已有的工作，基于对象距离和密度对算法进行了改进。
在算法实现部分使用vc6.0作为开发环境、sql sever2005作为后台数据库对算法进行了验证，实验表明，改进后的算法可以提高算法稳定性，并减少迭代次数。
关键字 k-means；随机聚类；优化聚类；记录的密度1 引言1.1聚类相关知识介绍聚类分析是直接比较各事物之间性质，将性质相近的归为一类，将性质不同的归为一类，在医学实践中也经常需要做一些分类工作。
如根据病人一系列症状、体征和生化检查的结果，将其划分成某几种方法适合用于甲类病的检查，另几种方法适合用于乙类病的检查，等等。
聚类分析被广泛研究了许多年。
基于聚类分析的工具已经被加入到许多统计分析软件或系统中，入s-plus,spss,以及sas。
大体上，聚类算法可以划分为如下几类：1) 划分方法。
2) 层次方法。
3) 基于密度的算法。
4) 基于网格的方法。
5) 基于模型的方法。
1.2 研究聚类算法的意义在很多情况下，研究的目标之间很难找到直接的联系，很难用理论的途径去解决。
在各目标之间找不到明显的关联，所能得到的只是些模糊的认识，由长期的经验所形成的感知和由测量所积累的数据。
因此，若能用计算机技术对以往的经验、观察、数据进行总结，寻找个目标间的各种联系或目标的优化区域、优化方向，则是对实际问题的解决具有指导意义和应用价值的。
在无监督情况下，我们可以尝试多种方式描述问题，其中之一是将问题陈述为对数分组或聚类的处理。
尽管得到的聚类算法没有明显的理论性，但它确实是模式识别研究中非常有用的一类技术。
聚类是一个将数据集划分为若干聚类的过程，是同一聚类具有较高相似性，不同聚类不具相似性，相似或不相似根据数据的属性值来度量，通常使用基于距离的方法。
通过聚类，可以发现数据密集和稀疏的区域，从而发现数据整体的分布模式，以及数据属性间有意义的关联。
k-模型的原理和应用
k-模型的原理和应用原理k-模型，也称为k-means聚类模型，是一种常见的无监督学习算法。
其基本原理如下：1.初始化：选择要生成的k个聚类的初始中心点。
2.聚类过程：将每个样本点分配到离其最近的中心点，并更新聚类的中心点。
3.重复步骤2，直到满足停止准则（比如中心点不再变化）或达到最大迭代次数。
k-模型的核心思想是将样本点根据其特征进行分组，使得同组内的样本点之间的距离尽可能小，而不同组之间的距离尽可能大。
应用k-模型在各个领域中都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1.图像分割：通过将图像中的像素点聚类为不同的区域，从而实现图像的分割。
这对于图像处理、目标检测等应用非常有用。
2.客户细分：通过对客户的消费行为、偏好等进行聚类，可以将客户分为不同的细分群体，从而为市场营销、销售策略等决策提供参考。
3.文本挖掘：通过对文本进行聚类，可以将相似的文档归为一类，从而进行文本分类、情感分析等任务。
4.基因表达聚类：在生物信息学中，通过对基因表达数据进行聚类，可以帮助研究者发现潜在的基因功能、疾病等相关信息。
5.市场篮子分析：通过对顾客购物篮中的物品进行聚类，可以发现物品之间的关联性，进而实现商品推荐、交叉销售等目标。
6.无人驾驶：k-模型可以用于对车辆行驶轨迹进行聚类，从而识别出不同类型的驾驶行为，为无人驾驶系统提供决策依据。
7.虚拟现实：通过对虚拟现实中场景中的物体进行聚类，可以实现更加真实的场景仿真，提高用户体验。
k-模型的优点•算法简单，易于实现和理解。
•可扩展性强，适用于大规模数据集。
•在处理高维数据方面表现良好。
•无监督学习，不需要标注样本即可训练模型。
k-模型的缺点•需要事先确定要生成的聚类个数k，而且对初值敏感。
•对异常值较为敏感，可能导致聚类结果不准确。
•无法处理非凸形状的聚类。
总结k-模型作为一种常见的聚类算法，具有广泛的应用场景。
通过对各个样本点进行分组，可以实现多领域的数据分析、决策等任务。
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内容摘要本文在分析和实现经典k-means算法的基础上，针对初始类中心选择问题，结合已有的工作，基于对象距离和密度对算法进行了改进。
在算法实现部分使用vc6.0作为开发环境、sql sever2005作为后台数据库对算法进行了验证，实验表明，改进后的算法可以提高算法稳定性，并减少迭代次数。
关键字 k-means；随机聚类；优化聚类；记录的密度
1 引言
1.1聚类相关知识介绍
聚类分析是直接比较各事物之间性质，将性质相近的归为一类，将性质不同的归为一类，在医学实践中也经常需要做一些分类工作。
如根据病人一系列症状、体征和生化检查的结果，将其划分成某几种方法适合用于甲类病的检查，另几种方法适合用于乙类病的检查，等等。
聚类分析被广泛研究了许多年。
基于聚类分析的工具已经被加入到许多统计分析软件或系统中，入s-plus,spss,以及sas。
大体上，聚类算法可以划分为如下几类：
1) 划分方法。
2) 层次方法。
3) 基于密度的算法。
4) 基于网格的方法。
5) 基于模型的方法。
1.2 研究聚类算法的意义
在很多情况下，研究的目标之间很难找到直接的联系，很难用理论的途径去解决。
在各目标之间找不到明显的关联，所能得到的只是些模糊的认识，由长期的经验所形成的感知和由测量所积累的数据。
因此，若能用计算机技术对以往的经验、观察、数据进行总结，寻找个目标间的各种联系或目标的优化区域、优化方向，则是对实际问题的解决具有指导意义和应用价值的。
在无监督情况下，我们可以尝试多种方式描述问题，其中之一是将问题陈述为对数分组或聚类的处理。
尽管得到的聚类算法没有明显的理论性，但它确实是模式识别研究中非常有用的一类技术。
聚类是一个将数据集划分为若干聚类的过程，是同一聚类具有较高相似性，不同聚类不具相似性，相似或不相似根据数据的属性值来度量，通常使用基于距离的方法。
通过聚类，可以发现数据密集和稀疏的区域，从而发现数据整体的分布模式，以及数据属性间有意义的关联。
2 k-means算法简介
2.1 k-means算法描述
k-means 算法接受输入量k，然后将n个数据对象划分为k个聚类以便使得所获得的聚类满足：同一聚类中的对象相似度较高，而不同聚类中的对象相似度较小。
聚类相似度是利用各聚类中对象的均值所获得一个“中心对象”来进行计算的。
k-means 算法的工作过程说明如下：首先从n个数据对象任意选择 k 个对象作为初始聚类中心；而对于所剩下其它对象，则根据它们与这些聚类中心的相似度（距离），分别将它们分配给与其最相似的（聚类中心所代表的）聚类；然后再计算每个所获新聚类的聚类中心（该聚类中所有对象的均值）；不断重复这一过程直到标准测度函数开始收敛为止。
一般都采用均方差作为标准测度函数。
k个聚类具有以下特点：各聚类本身尽可能的紧凑，而各聚类之间尽可能的分开。
2.2 k-means算法实现步骤
在原始的k-means算法中，由于数据对象的分类被不断地调整，因此平均误差准则函数在每次迭代过程中的值必定在不断减小。
当没有数据对象被调整时，e（e指每个对象到该类中心的距离平方之和）的值不再变化，说明算法运行结果已经达到最优，同时算法运行结束。
（1）给定大小为 n 的数据集，令 i =1，选取 k 个初始聚类中心 z j(i)，j =1，2，3，...，k ；
（2）计算每个数据对象与聚类中心的距离d(xi，zj(i))；
（3）令i=i+1，计算k个新的聚类中心；
j=1，2，3，…，k
以及平均误差准则函数e的值
（4）判断：若 e(i+1)=e(i)则算法结束，否则i=i+1，返回继续执行（2）步。
从上面步骤可以看出，该算法的特点为调整一个数据对象后就修改一次聚类中心和准则函数e的值，当考察完n个数据对象后，一次迭代运算完成，新的聚类中心和e值也计算出来了。
如果在一次迭代前后，e的值没有变化，说明算法已经收敛，即使用准则e作为算法是否结束的依据。
在迭代的过程中，e值逐渐减小，直到它的最小值为止。
在算法的每次迭代过程中，把每一个数据对象分到离它最近的聚类中心所在的簇。
3. k-means算法初始类中心的选择
3.1 经典k-means算法初始类中心选择方法
先从需要聚类的所有对象中随机选取一个对象作为第一个初始聚类中心，然后从剩下的记录中随机选出下一个初始类中心，如此依次得到所有初始聚类中心，这样避免的类中心的重复。
c++语言实现如下：m_numcluster指要聚类的数目，m_object[]保存记录对象，index_cluster[]保存初始类中心在m_object[]中的下标。
3.2 改进k-means算法类中心选择方法
本文列出了2种选择初始类中心的优化方法：远距离优化法和最大密度优化法。
3.2.1初始类中心的选择——远距离改进法
在k-means算法中，选择不同的初始聚类中心会产生不同的聚类结果且有不同的准确率．研究的目的就是如何一开始就可以快速，尽可能准确的找到数据在空间分布上的初始聚类中心，从而对数据进行划分．在用欧氏距离作为相似性度量的k-means算法中，相互距离最远的数据对象比随机取的数据对象更具有代表性，它们属于不同聚类的可能性比较大．如果能够寻找到是个相对距离最远的数据对象，它们分别代表了k个不同的数据集合，那么就可以找到与数据在空间分布上相一致的初始聚类中心．为了找到与数据在空间分布上相一致的、相似程度较大的数据集合。
找最远距离的两个对象步骤如下：确定需要划分簇的个数k，计算数据对象两两之间的距离；找出距离最远的两个数据对象，形成两个独立的数据对象a1 和a2；计算数据对象a1 ，a2。
与数据对象集合u中每一个样本的距离，找出在u中与a1 ，a2同时最远的数据对象，将它作为数据对象a3。
重复上面的过程，直到确定了ak个数据对象为止，形成k个初始聚类中心．根据排列组合可知，求距离语句的频度为cn2 =n(n-1)/2，则其时间复杂度为o(n2)；如果对时间效率有要求，显然是不妥的。