模糊聚类分析步骤
模糊聚类分析

模糊聚类分析是一种数学方法,它使用模糊数学语言根据某些要求对事物进行描述和分类。
模糊聚类分析通常是指根据研究对象的属性构造模糊矩阵,并在此基础上根据一定隶属度确定聚类关系,即样本之间的模糊关系由样本的数量来确定。
模糊数学方法,以客观,准确地聚类。
聚类是将数据集划分为多个类或群集,以便每个类之间的数据差异应尽可能大,并且该类内的数据差异应尽可能小基本覆盖当涉及事物之间的模糊边界时,模糊聚类分析是一种根据某些要求对事物进行分类的数学方法。
聚类分析是数学统计中的一种多元分析方法是利用数学方法定量确定样品之间的关系,从而客观地分类类型。
事物之间的某些界限是精确的,而其他界限则是模糊的。
人群中人脸的相似度之间的界限是模糊的,多云和晴天之间的界限也是模糊的。
当聚类涉及事物之间的模糊界限时,应使用模糊聚类分析方法。
模糊聚类分析广泛应用于气象预报,地质,农业,林业等领域。
通常,聚类的事物称为样本,一组事物称为样本集。
模糊聚类分析有两种基本方法:系统聚类和逐步聚类。
基本方法基本流程(1)通过计算样本或变量之间的相似系数,建立模糊相似矩阵;(2)通过对模糊矩阵进行一系列综合变换,生成模糊等效矩阵。
(3)最后,根据不同的截获水平λ对模糊等效矩阵进行分类系统聚类方法系统聚类方法是一种基于模糊等价关系的模糊聚类分析方法。
在经典聚类分析方法中,经典等价关系可用于对样本集X进行聚类。
令R为X上的经典等价关系。
对于X中的两个元素x和Y,如果XRY或(x,y)∈R ,然后x和y,否则X和y不属于同一类。
[3]使用这种方法,分类的结果与α的值有关。
α的值越大,划分的类别越多。
当α小于某个值时,X中的所有样本将被归为一类。
该方法的优点是可以根据实际需要选择α值,以获得正确的分类。
系统聚类的步骤如下:①用数字描述样品的特性。
设要聚类的样本为x = {x1,xn}。
每个样本具有p个特征,记录为Xi =(Xi1,xip);i = 1,2,…,N;XIP是描述样本Xi的第p个特征的编号。
模糊数学——第10次课 基于模糊等价关系的聚类分析

故此时{x1, x3, x4, x5}为一类,{x2}为一类。
2014年6月26日
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选取 = 0.6,则此时R*的截矩阵变为
1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1
1 0.3 R* 0.8 0.5 0.5 0.4 0.8 0.5 0.5 1 0.2 0.4 0.4 0.2 1 0.5 0.3 0.4 0.5 1 0.6 0.4 0.3 0.6 1
1 0.4 R 0.8 0.5 0.5 0.4 0.8 0.5 0.5 1 0.4 0.4 0.4 0.4 1 0.5 0.5 0.4 0.5 1 0.6 0.4 0.5 0.6 1
当 当 当 当 当
1时,分类为{ x1 },{ x2 },{ x3 },{ x4 },{ x5 }; 0.8时,分类为{ x1 , x3 },{ x2 },{ x4 },{ x5 }; 0.6时,分类为{ x1 , x3 },{ x2 },{ x4 , x5 }; 0.5时,分类为{ x1 , x3 , x4 , x5 },{ x2 }; 0.4时,分类为{ x1 , x2 , x3 , x4 , x5 }.
2014年6月26日
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模糊聚类分析
例2:设有模糊相似矩阵
0.1 0.2 1 R 0.1 1 0.3 0.2 0.3 1 0.2 0.2 1 R R 0.2 1 0.3 R 2 0.2 0.3 1 0.2 0.2 1 2 2 R R 0.2 1 0.3 R 2 t ( R ). 0.2 0.3 1
模糊聚类分析实验报告

实验报告(一)一、实验内容模糊聚类在土地利用分区中的应用二、实验目的本次上机实习主要以指导学生掌握“如何应用模糊聚类方法进行土地利用规划分区”为目标。
三、实验方法本次试验是在Excel中实现。
利用《土地利用规划学》P114页数据,使用“欧氏距离法”、建模糊相似矩阵,并进行模糊聚类分析实现土地利用分区。
四、实验步骤1、获取原始数据通过对2000年如东县土地利用总体规划及各部门规划资料的分析得到8个评价单元的13项指标体系赋值如下。
将数据录入sheet1(A1:M8)工作区中。
表1:2000年如东县土地利用规划指标2、指标数据标准化本次实验采用了标准差法对数据进行标准化,首先需求取原始矩阵各个指标的均值和标准差。
选取A10单元格输入公式=AVERAGE(A1:A8),用数据填充A10:M10得到样本数据的均值。
在单元格A11中输入公式=STDEV(A1:A8),用数据填充A11:M11得到样本数据的方差。
如下表2。
表2:13个指标值得均值和标准差选取A13单元格输入公式=(A1-A$10)/A$11,并用数据填充A13:M20区域得到标准化矩阵如下表3。
表3:标准化数据矩阵3、求取模糊相似矩阵本次试验是通过欧氏距离法求取模糊相似矩阵。
其数学模型为:mr ij=1−c√∑(x ik−x jk)2k=1选取A23单元格输入公式=SQRT((A$13-A13)^2+(B$13-B13)^2+(C$13-C13)^2+(D$13-D13)^2+(E$13-E13)^2+(F$13-F13)^2+(G$13-G13)^2+(H$13-H13)^2+(I$13-I13)^2+(J$13-J13)^2+(K$13-K13)^2+(L$13-L13)^2+(M$13-M13)^2)求的d11,B23中输入公式=SQRT((A$14-A13)^2+(B$14-B13)^2+(C$14-C13)^2+(D$14-D13)^2+(E$14-E13)^2+(F$14-F13)^2+(G$14-G13)^2+(H$14-H13)^2+(I$14-I13)^2+(J$14-J13)^2+(K$14-K13)^2+(L$14-L13)^2+(M$14-M13)^2)q 求的d12。
模糊聚类分析

模糊聚类分析壹、何谓聚类分析聚类分析是研究事物分类的一种多元分析方法。
在日常生活中,我们时常要把所接触到的事物(样本),按其性质、用途等进行分类,这种分类过程我们称为聚类分析。
(阙颂廉,民83)贰、聚类分析的应用模糊聚类分析是当前在模糊数学中应用最多的几个方法之一,可以将研究的样本进行合理的分类,如产品的分类就常常用聚类分析来进行,另聚类分析也可用来进行判别分析和预测(林杰斌等。
民76)。
所以,也被广泛地应用于天气预报、地震预测、地质探勘、运动员心理素质分类、河川水质污染程度等方面。
参、普通的等价关系在谈聚类分析之前,应先介绍相似关系和等价关系:一.自反性对任意Uu∈,都有Ru,u(∈,即集合中任一个元素u都)与自身有某相同性质的关系,则称R是自反关系,相对应的矩阵称为自反矩阵。
另数学表示意义为:A中的元素关于R具有”自反性”,即。
例:若U 为同一种族的集合,而集合中每一个人u ,皆与自身有同一种族之关系,这种性质则称为自反性。
二. 对称性如果ji ,R )u ,u (,R )u ,u(i j j i≠∈∈必有。
即u i 与u j 有存在某种关系,若将两个元素之位置对调,则即u j 与u i 也必有符合这层关系,则称R 有对称关系,相对应的矩阵为对称矩阵。
另数学表示意义为:A 中的元素关于R 具有”对称性”,即yRx xRy ,A y ,x 且若∈∀。
例:若甲和乙是同学关系,则乙和甲必也是同学关系,这种关系则称为对称性。
三. 传递性如果能由R)w u (R )w v (R )v u (∈∈∈,,推導出,及,。
即u与v 有存在某一关系,而v 与w 也有这同一种关系存在,则即u 与w 也必有符合这层关系存在,则称R 有传递关系,相对应的矩阵为传递矩阵。
另数学表示意义为:A 中的元素关于R 具有”传递性”,即。
例:若甲和乙是同一种族关系,而乙和丙也是同一种族关系,则甲和丙必有同一种族关系,这种则称为具有传递性关系。
模糊聚类分析

1 2 m
x11 x21 xm1
x12 x22 xm 2
x1n x2 n xmn
2 .模糊聚类分析的一般步骤
实际问题中,不同的数据可能有不同的量 纲。为了使不同量纲的数据也能进行比较,需 要对数据进行适当的变换。根据模糊矩阵的要 求将数据压缩到区间 【0,1】。通常使用平移极差标准化: xik min{xik } 1im xik (k 1,2,, n) max{xik } min{xik }
取=0.8,得 :
~ R0.8 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
X分为4类:{X1,,X3},{X2},{X4 }, { X5 }。
2 .模糊聚类分析的一般步骤
取=0.5,得 :
~ R0.5 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1
3 .应用实例
通过聚类分析,该矿决定在房柱法的基础 上增加采矿费用的投入,采用无底柱上向干式 充填采矿法。
谢
谢!
模糊聚类分析步骤可以分为:数据标准化、建立 模糊相似矩阵、聚类
2 .模糊聚类分析的一般步骤
2.1 数据标准化 设论域 X {x , x ,, x } 为被分类的对象,每个对像 又由n个指标表示其性状,即:xi (xi1, xi2 ,, xin ) (i 1,2,, m) 于是,得到原始数据矩阵为:
rij
m in (x
k 1
n
ik
, x jk )
1 2
(x
k 1
n
ik
模糊聚类分析

模糊聚类分析定义:根据具体的标准和性质对事物进行分类的方法称为聚类分析 根据模糊标准对事物进行分类的方法称为模糊聚类分析基本思想:根据分类对象之间的模糊相似程度来衡量相互的异同程度,进而实现模糊分类。
传统聚类分析VS 模糊聚类分析1. 传统聚类分析: 设有n 个对象12,,...nx x x,每个对象有m 种特性12,,...my y y。
1>首先对每个对象的特性进行数量化:用ijz代表第i 个对象的第j 个性质的数值。
则对象ix 的性质形成的一个向量()12,,...i i im z zz2>考察对象之间相近的程度:引入“欧式距离”和“夹角余弦”。
1欧式距离:设对象()()1212,,...,,,....i i im j j jm ijy x z zz z zz ==则欧式距离为:ijyx -=这与我们所熟知的向量的欧式距离是一样的!2夹角余弦:设α是对象ix和jy之间的夹角,0180α≤≤,则夹角余弦为:(),cos ijijy x yx α=其中:()11,...i j im jm ijy x z zz z =++ix=iy=有了这些基础认识之后,下面我们通过一个例子来说明传统聚类分析 设有5个对象125,,...x x x,不妨设每个对象只有一个性质,数量化后分别为1,2,4.5,6,8.现使用传统聚类法进行聚类。
1 欧式距离:5个对象,共有25c个欧式距离。
计算可得121x x-=133.5x x-= 145x x-= 157x x-= 232.5x x-= 244x x -= 256x x-=341.5x x-=35 3.5x x-=452x x-=根据聚类的思想,差异最小的对象属于一类 从而1x 和2x为一类,并记为1G2 将1G 看成新的对象,其特征值为1x 和2x 的平均值1.5。
此时对象为1345,,,G x x x 。
再次计算欧式距离。
可知34,x x之间的距离最小。
模糊聚类分析方法

模糊聚类分析方法对所研究的事物按一定标准进行分类的数学方法称为聚类分析,它是多元统 计“物以类聚”的一种分类方法。
载科学技术、经济管理中常常要按一定的标准 (相似程度或亲疏关系)进行分类。
例如,根据生物的某些性状可对生物分类, 根据土壤的性质可对土壤分类等。
由于科学技术、经济管理中的分类界限往往不 分明,因此采用模糊聚类方法通常比较符合实际。
一、模糊聚类分析的一般步骤1、第一步:数据标准化[9](1)数据矩阵设论域U ={X i ,X 2,||l,X n }为被分类对象,每个对象又有m 个指标表示其性状,于是,得到原始数据矩阵为Xm 1X m2bI-Xnm」其中X nm 表示第n 个分类对象的第m 个指标的原始数据(2)数据标准化在实际问题中,不同的数据一般有不同的量纲,为了使不同的量纲也能进行 比较,通常需要对数据做适当的变换。
但是,即使这样,得到的数据也不一定在 区间[0,1]上。
因此,这里说的数据标准化,就是要根据模糊矩阵的要求,将数据 压缩到区间[0,1]上。
通常有以下几种变换: ① 平移•标准差变换X i = {x i1, X i2,川,X m }X i 1X2 1X n2 IHxik -(i 一 1,21 n, k_;HL 2mS k其中-1 n1 n_ 2xkxi , 2(xik~'兀)。
n i 4: n i 4经过变换后,每个变量的均值为 0,标准差为1,且消除了量纲的影响。
但是,再用得到的x k 还不一定在区间[0,1]上。
② 平移•极差变换显然有0乞x ik 乞1,而且也消除了量纲的影响 ③ 对数变换xk- lg x ik (i = 1,n , k; l [L 2 m取对数以缩小变量间的数量级。
2、第二步:标定(建立模糊相似矩阵)设论域U ={为公2,川,人} , X i ={为1必2,川,心},依照传统聚类方法确定相似 系数,建立模糊相似矩阵,x i 与X j 的相似程度用=R(X j ,X j )。
模糊聚类流程

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根据λ∈(0,1)的不同取值分布不同的类。
注释(1):模糊相似矩阵只具有自反性和对称性,不具有传递性,求λ截矩阵的前提是R是X上的的模糊等价关系。
所以要先求得R传递闭包,将模糊相似矩阵转化为模糊等价矩阵。
雨量站问题
原始数据矩阵:
(重要定理:设R∈F ( X ⨯X ) 是相似关系( 即R 是自反、对称模糊关系) ,则e(R) = t(R) ,即模糊相似关系的传递闭包就是它的等价闭包。
)
Y的传递闭包(即Y的等价矩阵):
求λ截矩阵,在程序中我用的k代替了λ。
K=1时,x1,x2,x3,…x11,各成一类,将11个雨量站分成11类。
K=0.9095时,将11个雨量站分为10类,X8, X11为一类,其余各自一类。
分8类,将x2 ,x5, x8, x11分一类,其余各自一类
分6类,x2 x3,x5, x8, x9 x11为一类,其余各自一类。
分4类,x1
,x2 ,x3,x5, x7,x8, x9 x11为一类,其余各自一类。
分4类,x1, x3 x2 x7 x8 x9 x11为一类,x2 x4 x5为一类,x6一类,x10一类。
分3类,x2 x4 x5 x6为一类,x1 x3 x7 x8 x9 x11一类,x10一类。
分2类,x2 x4 x5 x6 x10一类,x1 x3 x7 x8 x9 x11一类
分2类,x1x2 x4 x5 x6 x10一类,x3 x8 x9 x11一类.
分1类。
程序一:标准化矩阵:
function Y=bzh1(X)
[a,b]=size(X);
C=max(X);
D=min(X);
Y=zeros(a,b);
for i=1:a
for j=1:b
Y(i,j)=(X(i,j)-D(j))/(C(j)-D(j)); %平移极差变化进行数据标准化end
end
fprintf('标准化矩阵如下:Y=\n');
disp(Y)
end
程序二:求模糊相似矩阵:
function R=biaod2(Y,c)
[a,b]=size(Y);
Z=zeros(a);
R=zeros(a);
for i=1:a
for j=1:a
for k=1:b
Z(i,j)=abs(Y(i,k)-Y(j,k))+Z(i,j);
R(i,j)=1-c*Z(i,j);%绝对值减数法--欧氏距离求模糊相似矩阵
end
end
end
fprintf('模糊相似矩阵如下:R=\n');
disp(R)
end
程序三:计算传递闭包:
function B=cd3(R)
a=size(R);
B=zeros(a);
flag=0;
while flag==0
for i= 1: a
for j= 1: a
for k=1:a
B( i , j ) = max(min( R( i , k) , R( k, j) ) , B( i , j ) ) ;%R与R内积,先取小再取大
end
end
end
if B==R
flag=1;
else
R=B;%循环计算R传递闭包
end
end
程序四:求 截矩阵:
function [D k] =jjz4(B)
L=unique(B)';
a=size(B);
D=zeros(a);
for m=length(L):-1:1
k=L(m);
for i=1:a
for j=1:a
if B(i,j)>=k
D(i,j)=1;
else D(i,j)=0;%求?截距阵,当bij≥? 时,bij(?) =1;当bij<? 时,bij(?) =0
end
end
end
fprintf('当分类系数k=:\n'); disp(L(m));
fprintf('所得截距阵为:\n'); disp(D);
end。