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
在数据指标体系搭建工作中,从业者常困惑于指标搭建的核心逻辑:究竟是依托一线零散数据自下而上汇总指标,还是基于战略目标自上 ...
2026-07-31在数据分析、问卷研究、实验复盘、业务建模的工作中,大多数人最关注的是“用什么统计方法”:是做T检验、方差分析、卡方检验, ...
2026-07-31 许多数据分析师精通Excel函数和SQL查询,但当面对一张上万行的销售明细表,要快速回答“哪个地区销量最高”“哪款产品增长最 ...
2026-07-31在问卷调研的数据分析流程中,“先检验信效度,再开展进阶统计分析”是通用的规范逻辑。很多从业者会听到“问卷效度高,后续可以 ...
2026-07-30【核心关键词】大数据、统计学、专业、毕业生、论文、课程、计算机、建模、知识、数据分析、机器学习、数据科学、大数据技术、 ...
2026-07-30 很多数据分析师掌握了Excel函数、会写SQL查询,但当被问到“数据从哪里来”“数据加工有哪些步骤”“如何使用分析工具连接数 ...
2026-07-30在业务数据分析中,按天拆分统计夜间时段的数据是高频需求——比如电商夜间订单监测、平台夜间用户活跃度分析、运维系统夜间异常 ...
2026-07-29在机器学习建模与特征工程实践中,判断不同特征对模型预测效果的贡献度,是特征筛选、模型解释、业务归因的核心环节。特征置换重 ...
2026-07-29 很多数据分析师精通Excel单元格操作,但当被问到“表结构数据的基本处理单位是什么”“字段和记录的本质区别”“为什么表结 ...
2026-07-29【核心关键词】岗位、数字化、经验、课程、方法论、决策、企业、大方向、数据分析、销售管理、理论知识、思维方式、分析销售、 ...
2026-07-28在问卷调研、用户分群、效果对比等业务数据分析中,分类变量的关联性与差异性验证是高频需求。卡方检验作为针对离散分类数据的经 ...
2026-07-28 数据分析师八成以上的时间在和数据表格打交道,但许多人拿到Excel后习惯性地先算、先分析,结果回头发现漏了一列关键数据, ...
2026-07-28在Excel数据分析与报表制作中,数据透视表是快速完成多维度汇总、分组统计的核心工具。很多从业者在得到透视表汇总结果后,为了 ...
2026-07-27 很多数据分析师每天与Excel打交道,但当被问到“表格结构数据的基本处理单位是什么”“数据类型误判会引发哪些分析错误”“ ...
2026-07-27当下,我们已然步入数据要素价值全面释放的智能时代。数据不再只是零散的数字记录,更是驱动新质生产力运转的核心动能、滋养人工 ...
2026-07-27【核心关键词】客户、数据分析、指标体系、数据采集、数据指标、业务数据、分析思路、业务需求、分析方法 【专访摘要】本次 CDA ...
2026-07-24在数据分析、业务建模与数字化运营体系中,原始业务数据普遍存在缺失、重复、异常、口径不一致等质量问题,直接用于分析与建模会 ...
2026-07-24 很多数据分析师能熟练计算均值、标准差,但当被问到“如何用一张图让业务方3秒内看懂核心结论”“面对不同数据类型该怎么选 ...
2026-07-24在数据驱动的精细化运营体系中,指标是业务判断、效果复盘、策略优化的核心依据。随着企业数据化程度提升,指标数量持续膨胀,但 ...
2026-07-23在用户运营与产品增长体系中,留存是衡量产品真实价值与用户粘性的核心标尺,也是决定用户生命周期价值、获客投产比的底层因素。 ...
2026-07-23