最常用的聚类算法——K-Means原理详解和实操应用(R&Python)

如题所述

KMeans聚类算法原理详解和实操应用

原理详解

    核心思想:基于相似性度量,将相近的样本归为同一个子集,使得相同子集中各元素间差异性最小,而不同子集间的元素差异性最大。基本步骤
      从N个样本数据中随机选取K个对象作为初始聚类中心。分别计算每个样本点到各个聚类中心的距离,并逐个分配到距离其最近的簇中。更新K个类中心位置,类中心定义为簇内所有对象在各个维度的均值。与前一次计算得到的K个聚类中心比较,如果聚类中心发生变化,则重复上述步骤,否则停止并输出聚类结果。
    关键细节
      聚类个数K的选择:K值的选定通常难以估计,需根据实际情况判断。最优K值的判断方法是寻找SSE值下降过程中的“肘点”。初始聚类中心的选择:对KMeans算法的收敛速度和最终聚类结果有重要影响,常用软件自动预设随机初始点,但需多次运行以找到更佳结果。相似性与距离度量:常用欧几里得距离、曼哈顿距离等度量方法。对于非理想情形的数据,需使用其他聚类方法。异常值处理:离群点或噪声数据会对均值产生较大影响,导致中心偏移,因此在正式执行聚类之前需要检查并去除异常值。

实操应用

    数据预处理
      对连续属性进行规范化处理,以避免差异引发的计算精度下降等问题。
    算法实现
      R语言:使用R中的相关函数或包进行KMeans聚类分析。Python:使用sklearn库中的KMeans类进行KMeans聚类分析。
    参数设置
      设置迭代次数、簇内平方和下降阈值等参数以控制算法进程。采用二分KMeans法等方法提高收敛速度。
    结果分析
      对聚类结果进行分析和解释,评估聚类效果。根据需要调整K值、初始聚类中心等参数以优化聚类结果。

总结:KMeans聚类算法因其原理简单、执行有效、聚类速度快、结果可解释性强等优点而广泛应用于各种领域。然而,算法也存在一些缺陷,如K值选择、初始聚类中心选择等问题。因此,在实际应用中需要根据具体情况进行优化和改进。

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