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 SQL Server 安装、服务启动、数据库文件操作等场景中,经常会遇到 “实例已在使用” 类报错,不同触发场景的原因与处理方式差 ...
2026-06-29在Excel数据统计、财务核算、销售复盘、库存盘点等办公场景中,经常需要在数据透视表中实现一列数据乘以另一列数据的计算需求, ...
2026-06-29在数据分析中,指标是连接业务与数据的核心语言。它并非一个简单的数字,而是一个将模糊的业务需求(如“提升用户粘性”)转化为 ...
2026-06-29【核心关键词】大数据、零售商、消费者、供应链、运营、企业、产品、客户、数据模型、大数据平台、数据开发、系统运维、业务逻 ...
2026-06-26在物流配送、供应链履约、终端供货等业务场景中,送货率是衡量企业履约能力、服务质量、供应链稳定性的核心业务指标,直接关联客 ...
2026-06-26 很多数据分析师精通描述性统计,能熟练计算均值、中位数、标准差,但当被问到“用500个样本如何推断10万用户的真实满意度” ...
2026-06-26在数字化管理与数据化运营体系中,指标是连接原始数据与业务决策的核心载体。零散的原始数据只是无意义的数值堆砌,无法直接反映 ...
2026-06-25在Excel数据汇总、财务统计、业务复盘等日常办公场景中,经常需要完成逐行相乘、整体汇总求和的计算需求,最典型的场景就是:单 ...
2026-06-25 很多数据分析师沉迷于复杂的机器学习算法,却忽略了数据分析最基础也最核心的能力——描述性统计。事实上,80%的商业分析问 ...
2026-06-25【核心关键词】主数据、资产、供应商、现金流、企业、精细化、集团、数字化、中国、数据质量、数据管理、经营管理、地产行业、 ...
2026-06-24在数据分析、假设检验、AB测试、学术研究等统计场景中,显著水平(α)与P值(P-value)是判断统计结果是否具有统计学意义的两个 ...
2026-06-24小李刚入职了一家互联网公司的运营部门。第一次参加业务复盘会,运营主管问了一个看似简单的问题:“这个月新用户留存率下降了5 ...
2026-06-24在数字化转型全面渗透的产业背景下,数据分析已成为互联网、金融、零售、制造等几乎所有行业的核心岗位能力。很多初学者对数据分 ...
2026-06-23在企业并购、股权定价、投融资评估、资产核算等资本市场核心场景中,市场法是应用最广泛、市场认可度最高的企业价值评估方法。传 ...
2026-06-23 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 ...
2026-06-23【核心关键词】运营、证书、金融、客户、产品、软件、销售额、量化、科技、数据分析、金融行业、证券类软件、业务流程、金融机 ...
2026-06-22在企业方案选型、产品迭代评审、供应商筛选、运营效果复盘等决策场景中,单一指标的优劣判断往往无法支撑科学决策。一套转化效果 ...
2026-06-22 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 ...
2026-06-22【核心关键词】软件、洞察力、大数据、产品、经验、硬件、流量、创新、决策、数据安全、网络安全、数据分析、决策制定、数据挖 ...
2026-06-18在方案选型、效果复盘、产品评估、供应商筛选等各类业务决策场景中,仅凭单一指标下结论往往会陷入 “以偏概全” 的误区。多维度 ...
2026-06-18