京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
聚类算法之K均值
有时候,我们只有训练样本的特征,而对其类型一无所知。这种情况,我们只能让算法尝试在训练数据中寻找其内部的结构,试图将其类别挖掘出来。这种方式叫做无监督学习。由于这种方式通常是将样本中相似的样本聚集在一起,所以又叫聚类算法。本文,中颢润将介绍一种最常用的聚类算法:K均值聚类算法(K-Means)。
1、K均值聚类
K-Means算法思想简单,效果却很好,是最有名的聚类算法。聚类算法的步骤如下:
a:初始化K个样本作为初始聚类中心;
b:计算每个样本点到K个中心的距离,选择最近的中心作为其分类,直到所有样本点分类完毕;
c:分别计算K个类中所有样本的质心,作为新的中心点,完成一轮迭代。
通常的迭代结束条件为新的质心与之前的质心偏移值小于一个给定阈值。
下面给一个简单的例子来加深理解。如下图有4个样本点,坐标分别为A(-1,-1),B(1,-1),C(-1,1),D(1,1)。现在要将他们聚成2类,指定A、B作为初始聚类中心(聚类中心A0,B0),指定阈值0.1。K-Means迭代过程如下:
step 1.1:计算各样本距离聚类中心的距离:
样本A:d(A,A0) = 0;d(A,B0) = 2;因此样本A属于A0所在类;
样本B:d(B,A0) = 2;d(B,B0) = 0;因此样本B属于B0所在类;
样本C:d(C,A0) = 2;d(C,B0) = 2.8;;因此样本C属于A0所在类;
样本C:d(D,A0) =2.8; d(D,B0) = 2;;因此样本C属于B0所在类;
step 1.2:全部样本分类完毕,现在计算A0类(包含样本AC)和B0类(包含样本BD)的新的聚类中心:
A1 =(-1, 0); B1 = (1,0);
step 1.3:计算聚类中心的偏移值是否满足终止条件:
|A1-A0|= |(-1,0)-(-1,-1) | = |(0,1)| = 1 >0.1,因此继续迭代。
step 2.1:计算各样本距离聚类中心的距离:
样本A:d(A,A1) = 1;d(A,B1) = 2.2;因此样本A属于A1所在类;
样本B:d(B,A1) =2.2; d(B,B1) = 1;因此样本B属于B1所在类;
样本C:d(C,A1) = 1;d(C,B1) = 2.2;;因此样本C属于A1所在类;
样本D:d(D,A1) =2.2; d(D,B1) = 1;;因此样本C属于B1所在类;
step 2.2:全部样本分类完毕,现在计算A1类(包含样本AC)和B1类(包含样本BD)的新的聚类中心:
A2 =(-1, 0); B2 = (1,0);
step 2.3:计算聚类中心的偏移值是否满足终止条件:
|A2-A1|= |B2-B1| = 0 <0.1,因此迭代终止。
2、测试数据
下面这个测试数据有点类似SNS中的好友关系,假设是10个来自2个不同的圈子的同学的SNS聊天记录。显然,同一个圈子内的同学会有更密切的关系和互动。
数据如下所示,每一行代表一个好友关系。如第一行表示同学0与同学1的亲密程度为9(越高表示联系越密切)。
显然,这个数据中并没有告知我们这10个同学分别属于哪个圈子。因此我们的目标是使用K-Means聚类算法,将他们聚成2类。
[plain]view plaincopy
0 1 9
0 2 5
0 3 6
0 4 3
1 2 8
......
这个例子设计的很简单。我们使用上一篇文章中提到的关系矩阵,将其可视化出来,会看到如下结果:
这是个上三角矩阵,因为这个数据中认为好友关系是对称的。上图其实很快能发现,0,1,2,3,4用户紧密联系在一起,而5,6,7,8,9组成了另外一个圈子。
下面我们看看K-Means算法能否找出这个答案。
3、代码与分析
K-Means算法的Python代码如下:
[python]view plaincopy
# -*-coding: utf-8 -*-
frommatplotlib import pyplot
importscipy as sp
importnumpy as np
fromsklearn import svm
importmatplotlib.pyplot as plt
fromsklearn.cluster import KMeans
fromscipy import sparse
#数据读入
data =np.loadtxt('2.txt')
x_p =data[:, :2] # 取前2列
y_p =data[:, 2] # 取前2列
x =(sparse.csc_matrix((data[:,2], x_p.T)).astype(float))[:, :].todense()
nUser =x.shape[0]
#可视化矩阵
pyplot.imshow(x,interpolation='nearest')
pyplot.xlabel('用户')
pyplot.ylabel('用户')
pyplot.xticks(range(nUser))
pyplot.yticks(range(nUser))
pyplot.show()
#使用默认的K-Means算法
num_clusters= 2
clf =KMeans(n_clusters=num_clusters, n_init=1, verbose=1)
clf.fit(x)
print(clf.labels_)
#指定用户0与用户5作为初始化聚类中心
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据分析、业务监控、运营复盘等场景中,列值趋势计算是核心需求之一。无论是分析销售额的月度增长、用户活跃的变化趋势、库存 ...
2026-06-12在数字经济深度渗透的当下,消费者的购买行为已从过去的 “被动接受” 转变为 “主动决策”。流量红利消退、获客成本攀升、用户 ...
2026-06-12CDA三级认证是三个级别中的塔尖,全面考察数据战略、团队领导和复杂项目的综合能力。它所对应的《敏捷数据挖掘》教材,不再局限 ...
2026-06-12在游戏产业的商业逻辑中,付费玩家是支撑游戏生存与发展的核心支柱。行业普遍遵循 “二八定律”:20% 的付费玩家贡献了游戏 80% ...
2026-06-11【核心关键词】企业、定位、传统、产品、互联网、可视化、业务侧、数字化、结构化、数据分析、传统制造业、市场状态、发展空间 ...
2026-06-11 解读《CDA二级教材:量化策略分析(2025)》的全景结构与学习逻辑 ” CDA二级认证是企业招聘数据分析师时最常提及的证书门槛 ...
2026-06-11【核心关键词】药企、可视化、营销、分类、数据分析师、销售数据、业务人员、指导方向、分析报告、营销数据、营销医生 【专访摘 ...
2026-06-10在统计学分析、问卷调研、实验验证、业务复盘等场景中,卡方检验与 T 检验是应用最广泛的两类基础假设检验方法。前者专门处理分 ...
2026-06-10 很多数据分析师每天都在计算指标、制作报表,但当被问到“什么叫指标数据元”“指标数据标准包含哪些核心维度”“指标数据质 ...
2026-06-10在MySQL数据库日常查询、数据统计、后台接口开发、数据导出等场景中,开发者经常需要查询数据表除某几列之外的所有字段。例如查 ...
2026-06-09在Python网络请求、爬虫开发、接口测试、数据抓取等实操场景中,requests库是最常用的第三方请求工具,而content属性是requests ...
2026-06-09 数据分析正在重塑每一个行业。CDA认证的三本官方教材,分别对应Level I、Level II、Level III,为你铺就从业务数据分析到数 ...
2026-06-09在数字财务、智慧财税、业财融合深度推进的当下,传统财务模式下数据标准混乱、业务流程碎片化、知识无法沉淀、系统互通性差等问 ...
2026-06-08随着数字经济深度渗透各行各业,数据正式成为继土地、劳动力、资本、技术之后的第五大生产要素,是企业数字化转型、精细化运营、 ...
2026-06-08 很多数据分析师能熟练写SQL、做透视表,但当被问到“数据是从哪里来的?经过哪些加工才进入数据仓库?ETL具体做了什么?”时 ...
2026-06-08【核心关键词】贷款、报表、课程、专业、建模、缺失值、营销、互联网、银行、办公自动化、数据分析、数据预处理、特征工程、贷 ...
2026-06-05在数据库数据查询、业务报表统计、多表关联分析中,LEFT JOIN左连接是使用率最高的SQL关联查询语句。其核心特性是保留左表全部数 ...
2026-06-05 很多数据分析师能熟练地写SQL、做透视表、算描述性统计,但当被问到“如何预测用户流失概率”“如何归因销量下滑的关键因素 ...
2026-06-05任何一款产品从诞生、普及到最终退出市场,都会遵循一套固定的发展规律,这就是产品生命周期理论。在市场竞争日益激烈、产品迭代 ...
2026-06-04在Excel数据分析、办公统计、业务报表制作场景中,数据透视表是数据汇总、分类统计、快速复盘的核心工具,能够高效完成海量原始 ...
2026-06-04