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K-均值聚类算法

Amrf 发表于 2019/09/05 15:37:41 2019/09/05

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【摘要】测试程序import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltdef loadDataSet(fileName): """ 从文件中加载数据 :param fileName: :return: 数据集矩阵 dataMat """ dataMat = [] fr = open(fileName) for...

测试程序

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def loadDataSet(fileName):
    """
    从文件中加载数据
    :param fileName:
    :return: 数据集矩阵 dataMat
    """
    dataMat = []
    fr = open(fileName)
    for line in fr.readlines():
        curLine = line.strip().split('\t')
        fltLine = list(map(float, curLine))  # Python 3 需要使用list将map转化为列表
        dataMat.append(fltLine)
    return dataMat
def distEclud(vecA, vecB):
    """
    计算两个向量的欧式距离
    :param vecA:
    :param vecB:
    :return:
    """
    return np.sqrt(np.sum(np.power(vecA - vecB, 2)))
def randCent(dataSet, k):
    """
    为给定数据集构建一个包含k个随机质心的集合
    :param dataSet: 数据集矩阵
    :param k:
    :return: 质心矩阵
    """
    n = np.shape(dataSet)[1]  # 获取矩阵的列数 n，即维数 n
    centroids = np.mat(np.zeros((k, n)))  # centroids初始值为k行n列的零矩阵
    for j in range(n):  # 遍历每一列，即每一个维
        minJ = np.min(dataSet[:, j])  # 第j列的最小值
        rangeJ = float(np.max(dataSet[:, j]) - minJ)  # 第j列的数据范围
        centroids[:, j] = minJ + rangeJ * np.random.rand(k, 1)  # 生成质心集合，质心的坐标点都在该列的最大值和最小值之间
    return centroids
def kMeans(dataSet, k, distMeas=distEclud, createCent=randCent):
    """
    K-均值聚类算法
    :param dataSet: 数据集矩阵
    :param k: k值，即k个簇
    :param distMeas: 距离函数
    :param createCent: 创建质心矩阵函数
    :return: 所有的类质心与点分配结果
    """
    m = np.shape(dataSet)[0]  # 数据集矩阵的行数，即数据点总数
    # clusterAssment矩阵用来存储每个点的簇分配结果：一列记录簇索引值，一列存储误差
    # 这里的误差是指当前点到簇质心的距离，后边会使用该误差来评价聚类的效果
    clusterAssment = np.mat(np.zeros((m, 2)))
    centroids = createCent(dataSet, k)
    clusterChanged = True
    # 循环，直到所有数据点的簇分配结果不再改变为止
    while clusterChanged:
        clusterChanged = False
        for i in range(m):
            minDist = np.inf  # 最小距离初始化为无限大的正数
            minIndex = -1
            # 获取每一个数据点 i 到所有质心的最近距离，记录其索引
            for j in range(k):
                distJI = distMeas(centroids[j, :], dataSet[i, :])
                if distJI < minDist:
                    minDist = distJI
                    minIndex = j
            # 如果数据点的簇分配结果发生变化，更新标志位
            if clusterAssment[i, 0] != minIndex:
                clusterChanged = True
            clusterAssment[i, :] = minIndex, minDist ** 2
        print("centroids: \n", centroids)
        # 遍历所有质心并更新它们的取值
        for cent in range(k):
            # 获取给定簇的所有点
            # 通过数组过滤，获取第cent个簇的所有点
            ptsInClust = dataSet[np.nonzero(clusterAssment[:, 0].A == cent)[0]]
            centroids[cent, :] = np.mean(ptsInClust, axis=0)  # 对每一列求平均值，返回一个行矩阵，作为该簇的坐标
    return centroids, clusterAssment
def plotPoint(dataSet, centroids, clustAssing, k):
    """
    绘制散点图
    :param dataSet: 数据集矩阵
    :param centroids: 质心坐标矩阵
    :param clustAssing: 簇分配结果
    :param k: k值
    :return:
    """
    colors = ['r', 'g', 'y', 'b']
    markers = ['o', '+', '*', 's']
    for cent in range(k):
        ptsInClust = dataSet[np.nonzero(clustAssing[:, 0].A == cent)[0]]
        x = ptsInClust.A[:, 0]
        y = ptsInClust.A[:, 1]
        # fig = plt.figure()
        plt.scatter(x, y, c=colors[cent], marker=markers[cent])
        plt.scatter(centroids.A[cent, :][0], centroids.A[cent, :][1], c='black', marker='D')

    plt.show()

dataMat = np.mat(loadDataSet('testSet.txt'))
k = 4
myCentroids, clustAssing = kMeans(dataMat, k)
plotPoint(dataMat, myCentroids, clustAssing, k)