fuzzy c-means clustering algorithm
模糊C均值聚类算法及实现(最新整理)
模糊C均值聚类算法及实现摘要:模糊聚类是一种重要数据分析和建模的无监督方法。
本文对模糊聚类进行了概述,从理论和实验方面研究了模糊c均值聚类算法,并对该算法的优点及存在的问题进行了分析。
该算法设计简单,应用范围广,但仍存在容易陷入局部极值点等问题,还需要进一步研究。
关键词:模糊c均值算法;模糊聚类;聚类分析Fuzzy c-Means Clustering Algorithm and ImplementationAbstract: Fuzzy clustering is a powerful unsupervised method for the analysis of data and construction of models.This paper presents an overview of fuzzy clustering and do some study of fuzzy c-means clustering algorithm in terms of theory and experiment.This algorithm is simple in design,can be widely used,but there are still some problems in it,and therefore,it is necessary to be studied further.Key words: fuzzy c-Mean algorithm;fuzzy clustering;clustering analysis1 引言20世纪90年代以来,随着信息技术和数据库技术的迅猛发展,人们可以非常方便地获取和存储大量的数据。
但是,面对大规模的数据,传统的数据分析工具只能进行一些表层的处理,比如查询、统计等,而不能获得数据之间的内在关系和隐含的信息。
为了摆脱“数据丰富,知识贫乏”的困境,人们迫切需要一种能够智能地、自动地把数据转换成有用信息和知识的技术和工具,这种对强有力数据分析工具的迫切需求使得数据挖掘技术应运而生。
模糊 c 均值算法
模糊c 均值算法
模糊c均值算法,也叫Fuzzy C Means算法,是一种无监督的聚类算法。
与传统的聚类算法不同的是,模糊C均值算法允许同一样本点被划分到不同的簇中,而且每个样本点到各个簇的距离(或者说相似度)用模糊数表示,因而能更好地处理样本不清晰或重叠的情况。
模糊c均值算法的步骤如下:
1. 初始化隶属度矩阵U,每个样本到每个簇的隶属度都为0-1之间的一个随机数。
2. 计算质心向量,其中每一项的值是所有样本的对应向量加权后的和,权重由隶属度矩阵决定。
3. 根据计算得到的质心向量计算新的隶属度矩阵,更新每个样本点到每个簇的隶属度。
4. 如果隶属度矩阵的变化小于一个预先设定的阈值或者达到了最大迭代次数,则停止;否则,回到步骤2。
模糊c均值算法是一种迭代算法,需要进行多次迭代,直到满足一定的停止条件。
同时,该算法对于隶属度矩阵的初始值敏感,不同的初始值可能会导致不
同的聚类结果。
关于模糊c均值聚类算法
FCM模糊c均值1、原理详解模糊c-均值聚类算法fuzzy c-means algorithm (FCMA)或称(FCM)。
在众多模糊聚类算法中,模糊C-均值(FCM)算法应用最广泛且较成功,它通过优化目标函数得到每个样本点对所有类中心的隶属度,从而决定样本点的类属以达到自动对样本数据进行分类的目的。
聚类的经典例子然后通过机器学习中提到的相关的距离开始进行相关的聚类操作经过一定的处理之后可以得到相关的cluster,而cluster之间的元素或者是矩阵之间的距离相对较小,从而可以知晓其相关性质与参数较为接近C-Means Clustering:固定数量的集群。
每个群集一个质心。
每个数据点属于最接近质心对应的簇。
1.1关于FCM的流程解说其经典状态下的流程图如下所示集群是模糊集合。
一个点的隶属度可以是0到1之间的任何数字。
一个点的所有度数之和必须加起来为1。
1.2关于k均值与模糊c均值的区别k均值聚类:一种硬聚类算法,隶属度只有两个取值0或1,提出的基本根据是“类内误差平方和最小化”准则,进行相关的必要调整优先进行优化看是经典的欧拉距离,同样可以理解成通过对于cluster的类的内部的误差求解误差的平方和来决定是否完成相关的聚类操作;模糊的c均值聚类算法:一种模糊聚类算法,是k均值聚类算法的推广形式,隶属度取值为[0 1]区间内的任何数,提出的基本根据是“类内加权误差平方和最小化”准则;这两个方法都是迭代求取最终的聚类划分,即聚类中心与隶属度值。
两者都不能保证找到问题的最优解,都有可能收敛到局部极值,模糊c均值甚至可能是鞍点。
1.2.1关于kmeans详解K-means算法是硬聚类算法,是典型的基于原型的目标函数聚类方法的代表,它是数据点到原型的某种距离作为优化的目标函数,利用函数求极值的方法得到迭代运算的调整规则。
K-means算法以欧式距离作为相似度测度,它是求对应某一初始聚类中心向量V最优分类,使得评价指标J最小。
融合KNN优化的密度峰值和FCM聚类算法
聚类(clustering )就是将一个数据集分成多个簇(cluster )或类,使得在同一类簇中的数据样本点之间具有相对高的相似度,而不同类簇中的数据样本点差别较大。
根据聚类的结果可以从数据中发现规律和知识,探索出藏在数据之后的规律和模式。
聚类算法被普遍地运用在数据科学分析和实际工程领域中[1-4],经过许多国内外研究人员的努力,产生了许多优秀的聚类算法,根据研究方向和算法实现原理的不同,目前聚类算法可划分为基于密度的方法、基于网格的方法、基于层次的方法、基于模型的方法和基于划分式方法等五种主流方法[5]。
模糊C 均值(Fuzzy C-Means ,FCM )算法[6]是基于划分式的聚类算法,此算法的基本思想是引入隶属度概念来量化样本点从属于每个类簇的数值大小,由此进行划分判断,使得划分到同一类簇的样本间相似度最大、不同类簇的样本间相似度最小,已达到对数据集划分为各类簇的目的,在模式识别、数据挖掘、数据分析、矢量量化以及图像分割等领域应用比较广泛[7-8]。
FCM 算法是C-Means 算法的衍生改进算法,C-Means 算法对数据集划分属于硬性、具体的划分,但FCM 算法对数据集的⦾理论与研发⦾基金项目:国家自然科学基金(61762046);江西省教育厅科技重点项目(GJJ160599);江西省自然科学基金(20161BAB212048)。
作者简介:兰红(1969—),女,博士,教授,硕士生导师,CCF 会员,研究领域为图像处理、模式识别,E-mail :;黄敏(1996—),男,硕士研究生,研究领域为图像处理、深度学习。
收稿日期:2020-05-05修回日期:2020-08-24文章编号:1002-8331(2021)09-0081-08融合KNN 优化的密度峰值和FCM 聚类算法兰红,黄敏江西理工大学信息工程学院,江西赣州341000摘要:针对模糊C 均值(Fuzzy C-Means ,FCM )聚类算法对初始聚类中心和噪声敏感、对边界样本聚类不够准确且易收敛于局部极小值等问题,提出了一种K 邻近(KNN )优化的密度峰值(DPC )算法和FCM 相结合的融合聚类算法(KDPC-FCM )。
基于模糊的聚类算法
基于模糊的聚类算法
基于模糊的聚类算法,是一种将数据对象分组的方法,其目的是使得
同一组内的对象相似度较高,不同组之间的相似度较低。
与传统聚类
算法不同的是,基于模糊的聚类算法允许一个数据对象属于多个不同
的组别。
基于模糊的聚类算法主要有两种:Fuzzy C-Means (FCM) 和Possibilistic C-Means (PCM)。
FCM 算法是一种常用且经典的基于模糊聚类算法,它通过对每个数据点分配一个隶属度来确定其所属群体。
隶属度越高,则该数据点越可能属于该群体。
PCM 算法则是 FCM 算
法的改进版,它通过引入不确定性因素来减少分类错误率。
基于模糊的聚类算法在实际应用中具有广泛的应用价值。
例如在图像
分割、文本分类、生物信息学等领域都有着重要作用。
在图像分割中,可以使用基于模糊的聚类算法将图像中相似区域进行分割,并进行后
续处理;在文本分类中,可以使用该算法将文本进行分类,并进行相
关统计和分析;在生物信息学中,可以使用该算法将基因进行分类,
以便更好地研究其生物功能。
总之,基于模糊的聚类算法是一种非常有效的数据分析方法,可以帮
助我们对大量的数据进行分类和分析。
随着人工智能技术的不断发展,该算法在未来的应用前景也将会越来越广泛。
模糊c均值聚类算法
模糊c均值聚类算法
模糊c均值聚类算法(Fuzzy C-Means Algorithm,简称FCM)是一种基于模糊集理论的聚类分析算法,它是由Dubes 和Jain于1973年提出的,也是用于聚类数据最常用的算法之
一。
fcm算法假设数据点属于某个聚类的程度是一个模糊
的值而不是一个确定的值。
模糊C均值聚类算法的基本原理是:将数据划分为k个
类别,每个类别有c个聚类中心,每个类别的聚类中心的模糊程度由模糊矩阵描述。
模糊矩阵是每个样本点与每个聚类中心的距离的倒数,它描述了每个样本点属于每个聚类中心的程度。
模糊C均值聚类算法的步骤如下:
1、初始化模糊矩阵U,其中每一行表示一个样本点,每
一列表示一个聚类中心,每一行的每一列的值表示该样本点属于该聚类中心的程度,U的每一行的和为
1.
2、计算聚类中心。
对每一个聚类中心,根据模糊矩阵U
计算它的坐标,即每一维特征值的均值。
3、更新模糊矩阵U。
根据每一个样本点与该聚类中心的距离,计算每一行的每一列的值,其中值越大,说明该样本点属于该聚类中心的程度就越大。
4、重复步骤2和步骤
3,直到模糊矩阵U不再变化,即收敛为最优解。
模糊C均值聚类算法的优点在于它可以在每一个样本点属于每一类的程度上,提供详细的信息,并且能够处理噪声数据,因此在聚类分析中应用十分广泛。
然而,其缺点在于计算量较大,而且它对初始聚类中心的选取非常敏感。
模糊C-均值聚类算法的优化
模糊C-均值聚类算法的优化熊拥军;刘卫国;欧鹏杰【摘要】In the light of the randomness of the initial clustering center selection and the limitations of distance vector for-mula application with the traditional Fuzzy C-Means clustering algorithm(FCM), the optimized fuzzy C-means cluster-ing algorithm(FCMBMD)is proposed. The algorithm is to determine the initial cluster center by computing the density of sample point, so it avoids the instability of clustering result generated randomly by initial cluster centers. In addition, it also meets the requirements of different units of measurement data using the similarity of Mahalanobis distance calcula-tion sample set. The experimental result shows that FCMBMD algorithm has better effect in clustering center, conver-gence speed, iterations, accuracy, and so on.%针对传统模糊C-均值聚类算法(FCM算法)初始聚类中心选择的随机性和距离向量公式应用的局限性,提出一种基于密度和马氏距离优化的模糊C-均值聚类算法(Fuzzy C-Means Based on Mahalanobis and Density, FCMBMD算法)。
迭代吉洪诺夫正则化的FCM聚类算法
迭代吉洪诺夫正则化的FCM聚类算法蒋莉芳;苏一丹;覃华【摘要】模糊C均值聚类算法(fuzzy C-means,FCM)存在不适定性问题,数据噪声会引起聚类失真.为此,提出一种迭代Tikhonov正则化模糊C均值聚类算法,对FCM的目标函数引入正则化罚项,推导最优正则化参数的迭代公式,用L曲线法在迭代过程中实现正则化参数的寻优,提高FCM的抗噪声能力,克服不适定问题.在UCI 数据集和人工数据集上的实验结果表明,所提算法的聚类精度较传统FCM高,迭代次数少10倍以上,抗噪声能力更强,用迭代Tikhonov正则化克服传统FCM的不适定问题是可行的.%FCM algorithm has the ill posed problem.Regularization method can improve the distortion of the model solution caused by the fluctuation of the data.And it can improve the precision and robustness of FCM through solving the error estimate of solution caused by ill posed problem.Iterative Tikhonov regularization function was introduced into the proposed problem (ITR-FCM),and L-curve method was used to select the optimal regularization parameter iteratively,and the convergence rate of the algorithm was further improved using the dynamic Tikhonov method.Five UCI datasets and five artificial datasets were chosen for the test.Results of tests show that iterative Tikhonov is an effective solution to the ill posed problem,and ITR-FCM has better convergence speed,accuracy and robustness.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2017(038)009【总页数】5页(P2391-2395)【关键词】模糊C均值聚类;不适定问题;Tikhonov正则化;正则化参数;L曲线【作者】蒋莉芳;苏一丹;覃华【作者单位】广西大学计算机与电子信息学院,广西南宁 530004;广西大学计算机与电子信息学院,广西南宁 530004;广西大学计算机与电子信息学院,广西南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TP389.1模糊C均值算法已广泛地应用于图像分割、模式识别、故障诊断等领域[1-6]。
fcm聚类算法参数模糊系数
fcm聚类算法参数模糊系数Fuzzy C-means (FCM) clustering algorithm is a popular method used in data clustering and pattern recognition. It is a soft clustering algorithm that allows a data point to belong to multiple clusters with varying degrees of membership. One of the key parameters in FCM is the fuzziness coefficient, also known as the membership exponent.在数据聚类和模式识别中,模糊C均值(FCM)聚类算法是一种常用方法。
它是一种软聚类算法,允许数据点以不同的成员度数属于多个聚类之一。
FCM中一个关键参数是模糊系数,也称为成员权重指数。
The fuzziness coefficient in FCM controls the degree of fuzziness in the clustering process. A higher fuzziness coefficient results in softer membership assignments, allowing data points to belong to multiple clusters with more overlapping boundaries. On the other hand, a lower fuzziness coefficient leads to sharper cluster boundaries and more distinct cluster assignments for data points.FCM中的模糊系数控制了聚类过程中的模糊程度。
fcm聚类算法python实现
fcm聚类算法python实现Fuzzy C-means(FCM)聚类算法是一种常用的模糊聚类算法,它可以将数据集划分为多个模糊的聚类,并为每个数据点分配多个隶属度。
下面是一个使用Python实现FCM聚类算法的示例代码:```pythonimport numpy as npimport randomdef fcm(data, num_clusters, max_iters=100, m=2):# 初始化隶属度矩阵num_samples = data.shape[0]cluster_membership = np.zeros((num_samples, num_clusters))cluster_centers = []# 随机初始化聚类中心for _ in range(num_clusters):cluster_centers.append(random.uniform(np.min(data), np.max(data)))# 迭代更新聚类结果和聚类中心for _ in range(max_iters):# 更新隶属度矩阵for i in range(num_samples):distances = [abs(data[i] - c) for c in cluster_centers]for j in range(num_clusters):cluster_membership[i][j] = sum([(distances[j]/d)**(2/(m-1)) for d in distances])cluster_membership[i] = cluster_membership[i] / sum(cluster_membership[i])# 更新聚类中心for j in range(num_clusters):numerator = sum([(cluster_membership[i][j]**m) * data[i] for i in range(num_samples)])denominator = sum([(cluster_membership[i][j]**m) for i in range(num_samples)])cluster_centers[j] = numerator / denominatorreturn cluster_membership, cluster_centers# 示例使用data = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10])num_clusters = 2max_iters = 100m = 2cluster_membership, cluster_centers = fcm(data, num_clusters, max_iters, m)# 打印聚类结果for i in range(num_clusters):print(f"Cluster {i+1}:")for j in range(len(cluster_membership)):if cluster_membership[j][i] > 0.5:print(data[j])print("------")```以上代码实现了一个简单的FCM聚类算法。
MATLAB模糊c均值算法FCM分类全解
1));
%求隶属度
end
end
end
if max(max(abs(U-U0)))<e
a=0;
end
Z=Z+1
if Z>100
break
end
end
%输出图像
t=max(U,[],2); t=repmat(t,1,c); %最大值排成1*c U=double(t==U); for i=1:N
F(i)= find(U(i,:)==1); end F=reshape(F,n1,n2); map=[1,1,1;0,0,0;1,0,0;0,1,0;0,0,1] figure,imshow(uint8(F),map)
A=reshape(A,n1*n2,1);
N=n1*n2;
%样本数
U0=rand(N,c);
U1=sum(U0,2 ); %求出每一行的元素总数
U2=repmat(U1,1,c);%将每一行总数复制成n*c矩阵
U=U0./U2;
clear U0 U1 U2;
U0=U;
a=1;
Z=0;
while a
for j=1:c
V(j)=sum(U(:,j).^m.*A)/sum(U(:,j).^m); %求聚类中心
W(:,j)=abs(repmat(V(j),N,1)-A); %距离
end
for i=1:N
for j=1:c;
if W(i,j)==0
U(i,:)=zeros(1,c);
U(i,j)=1;
else
U(i,j)=1/sum(repmat(W(i,j),1,c)./W(i,:)).^(2/(m-
FCM算法是一种基于划分的聚类算法,它的思想就是使 得被划分到同一簇的对象之间相似度最大,而不同簇之间的相 似度最小。模糊C均值算法是普通C均值算法的改进,普通C 均值算法对于数据的划分是硬性的,而FCM则是一种 %functio n [U,z,U1]=SARFCM %读入并显示图像 clear,clc
模糊c均值聚类算法及其应用
模糊c均值聚类算法及其应用模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-means clustering algorithm,简称FCM)是一种经典的聚类算法,被广泛应用于图像分割、文本聚类、医学图像处理等领域。
相比于传统的C均值聚类算法,FCM在处理模糊样本分类问题时更为适用。
FCM是一种迭代算法,其基本思想是通过计算每个数据点属于不同类别的隶属度值,然后根据这些隶属度值对数据进行重新划分,直到满足停止条件为止。
算法的核心在于通过引入一种模糊性(fuzziness)来描述每个数据点对聚类中心的隶属关系。
具体而言,FCM算法的步骤如下:1.初始化聚类中心和隶属度矩阵。
随机选择K个聚类中心,并为每个数据点分配初始化的隶属度值。
2.计算每个数据点对每个聚类中心的隶属度值。
根据隶属度矩阵更新每个数据点对每个聚类中心的隶属度值。
3.根据新的隶属度矩阵更新聚类中心。
根据隶属度矩阵重新计算每个聚类中心的位置。
4.重复步骤2和步骤3,直到隶属度矩阵不再发生明显变化或达到预定迭代次数。
FCM算法的主要优点是可以对模糊样本进行有效分类。
在传统的C均值聚类算法中,每个数据点只能被分配到一个聚类,而FCM算法允许数据点对多个聚类中心具有不同程度的隶属度,更适合于数据存在模糊分类的情况。
FCM算法在实际应用中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用示例:1.图像分割:FCM算法可以对图像中的像素进行聚类,将相似像素分配到同一聚类,从而实现图像分割。
在医学图像处理中,FCM可用于脑部MR图像的分割,从而帮助医生提取感兴趣区域。
2.文本聚类:FCM算法可以将文本数据按照语义相似性进行聚类,帮助用户高效分析和组织大量的文本信息。
例如,可以使用FCM算法将新闻稿件按照主题进行分类。
3.生物信息学:FCM算法可以对生物学数据进行聚类,如基因表达数据、蛋白质相互作用网络等。
通过使用FCM算法,可以帮助研究人员发现潜在的生物信息,揭示基因和蛋白质之间的关联。
fcme算法流程
fcme算法流程The FCME algorithm, short for Fuzzy C-Means Evolutionary (FCME) algorithm, is a powerful and efficient clustering algorithm that has been widely used in various fields such as data mining, pattern recognition, and image segmentation. FCME algorithm belongs to the family of unsupervised learning algorithms and is designed to group similar data points into clusters based on their similarities and differences. It is an extension of the traditional Fuzzy C-means (FCM) algorithm which incorporates an evolutionary algorithm for optimizing the cluster centers and membership degrees.FCME算法,全称模糊C均值进化(FCME)算法,是一种强大高效的聚类算法,被广泛应用于数据挖掘、模式识别和图像分割等多个领域。
FCME算法属于无监督学习算法家族,旨在根据数据点之间的相似性和差异性将相似的数据点分组成簇。
它是传统模糊C均值(FCM)算法的扩展,将进化算法用于优化簇中心和成员度。
The FCME algorithm operates by iteratively updating the cluster centers and membership degrees of the data points until a convergence criterion is met. This iterative process involves assigning each data point to the cluster with the closest cluster center basedon a distance measure, and then adjusting the cluster centers and membership degrees based on the new assignments. The use of the evolutionary algorithm in FCME allows for a more flexible and adaptive approach to clustering, as it can effectively handle complex and non-linear cluster structures. As a result, FCME algorithm is capable of producing more accurate and robust clustering results compared to traditional clustering algorithms.FCME算法通过迭代更新数据点的簇中心和成员度,直到满足收敛标准为止。
快速模糊C均值聚类的图像分割方法
2009,45(12)1引言图像分割是图像分析、理解和识别的关键技术,是计算机视觉研究中经典的研究课题之一,也是图像处理的难点之一。
所谓图像分割是指将图像分解成互不相交的不同空间区域,使得每个区域的像素具有相似的特征,不同区域内的像素间就会存在特征差异,以便把感兴趣的物体从复杂的背景中分离出来。
由于比传统的硬分割算法能保留更多的原始图像信息,模糊分割算法引起了人们的关注,特别是模糊C均值(FCM)聚类算法作为一种无监督聚类算法已成功地应用在图像分析和图像分割等领域。
它是Dunn在推广硬C均值(HCM)算法的基础上提出的[1],Bezdek把这一工作进一步推广到聚类分析中[2]。
FCM算法的基本思想是通过迭代来优化用于表示图像像素点与C类中心的相似度的目标函数,以获取极大值,从而得到最优聚类[3],该算法具有良好的局部收敛性和分割效果。
但是使用FCM对大样本数据进行聚类时将耗费大量的时间和空间资源[4],而且对于信噪比低的图像,对噪声比较敏感,分割结果很不理想。
为了解决上述存在的问题,国内外已有很多学者提出了许多快速FCM聚类算法,文献[5]提出了一种降低迭代计算量提高性能的快速算法2rFCM,该算法通过降低图像的分辨率来减少样本的数量,从而降低运算量,但降低分辨率的做法会使图像有用信息丢失,导致图像分割错误。
文献[6]提出的算法通过选取恰当的聚类中心来减少迭代次数,缩短迭代时间,但不具有通用性。
近年来,结合空间信息的模糊C均值分割方法的研究引起了人们的重视,人们希望通过增加图像分割时的聚类速度,运用像素空间特征[7],构造新的隶属函数来抑制噪声的干扰,对噪声图像进行正确的分类。
Krisnapuran等人提出的可能性聚类方法(PCM)[8],通常以FCM模糊初始划分,然后再对隶属度作更精确的计算。
然而,PCM算法有一定局限性,它带有一个必须被使用者预先确定的参数,这个参数与最后的聚类结果密切相关,因此使聚类结果带有很大的不确定性。
模糊C均值聚类算法及实现
模糊C均值聚类算法及实现摘要:模糊聚类是一种重要数据分析和建模的无监督方法。
本文对模糊聚类进行了概述,从理论和实验方面研究了模糊c均值聚类算法,并对该算法的优点及存在的问题进行了分析。
该算法设计简单,应用范围广,但仍存在容易陷入局部极值点等问题,还需要进一步研究。
关键词:模糊c均值算法;模糊聚类;聚类分析Fuzzy c-Means Clustering Algorithm and ImplementationAbstract: Fuzzy clustering is a powerful unsupervised method for the analysis of data and construction of models.This paper presents an overview of fuzzy clustering and do some study of fuzzy c-means clustering algorithm in terms of theory and experiment.This algorithm is simple in design,can be widely used,but there are still some problems in it,and therefore,it is necessary to be studied further.Key words: fuzzy c-Mean algorithm;fuzzy clustering;clustering analysis1 引言20世纪90年代以来,随着信息技术和数据库技术的迅猛发展,人们可以非常方便地获取和存储大量的数据。
但是,面对大规模的数据,传统的数据分析工具只能进行一些表层的处理,比如查询、统计等,而不能获得数据之间的内在关系和隐含的信息。
为了摆脱“数据丰富,知识贫乏”的困境,人们迫切需要一种能够智能地、自动地把数据转换成有用信息和知识的技术和工具,这种对强有力数据分析工具的迫切需求使得数据挖掘技术应运而生。
模糊c均值聚类算法python
模糊C均值聚类算法 Python在数据分析领域中,聚类是一种广泛应用的技术,用于将数据集分成具有相似特征的组。
模糊C均值(Fuzzy C-Means)聚类算法是一种经典的聚类算法,它能够将数据点分到不同的聚类中心,并给出每个数据点属于每个聚类的概率。
本文将介绍模糊C均值聚类算法的原理、实现步骤以及使用Python语言实现的示例代码。
1. 模糊C均值聚类算法简介模糊C均值聚类算法是一种基于距离的聚类算法,它将数据点分配到不同的聚类中心,使得各个聚类中心到其所属数据点的距离最小。
与传统的K均值聚类算法不同,模糊C均值聚类算法允许每个数据点属于多个聚类中心,并给出每个数据点属于每个聚类的概率。
模糊C均值聚类算法的核心思想是将每个数据点分配到每个聚类中心的概率表示为隶属度(membership),并通过迭代优化隶属度和聚类中心来得到最优的聚类结果。
2. 模糊C均值聚类算法原理2.1 目标函数模糊C均值聚类算法的目标是最小化以下目标函数:其中,N表示数据点的数量,K表示聚类中心的数量,m是一个常数,u_ij表示数据点x_i属于聚类中心c_j的隶属度。
目标函数由两部分组成,第一部分是数据点属于聚类中心的隶属度,第二部分是数据点到聚类中心的距离。
通过优化目标函数,可以得到最优的聚类结果。
2.2 隶属度的更新隶属度的更新通过以下公式进行计算:其中,m是一个常数,决定了对隶属度的惩罚程度。
m越大,隶属度越趋近于二值化,m越小,隶属度越趋近于均匀分布。
2.3 聚类中心的更新聚类中心的更新通过以下公式进行计算:通过迭代更新隶属度和聚类中心,最终可以得到收敛的聚类结果。
3. 模糊C均值聚类算法实现步骤模糊C均值聚类算法的实现步骤如下:1.初始化聚类中心。
2.计算每个数据点属于每个聚类中心的隶属度。
3.更新聚类中心。
4.判断迭代是否收敛,若未收敛,则返回步骤2;若已收敛,则输出聚类结果。
4. 模糊C均值聚类算法 Python 实现示例代码下面是使用Python实现模糊C均值聚类算法的示例代码:import numpy as npdef fuzzy_cmeans_clustering(X, n_clusters, m=2, max_iter=100, tol=1e-4): # 初始化聚类中心centroids = X[np.random.choice(range(len(X)), size=n_clusters)]# 迭代更新for _ in range(max_iter):# 计算隶属度distances = np.linalg.norm(X[:, np.newaxis] - centroids, axis=-1)membership = 1 / np.power(distances, 2 / (m-1))membership = membership / np.sum(membership, axis=1, keepdims=True)# 更新聚类中心new_centroids = np.sum(membership[:, :, np.newaxis] * X[:, np.newaxis], axis=0) / np.sum(membership[:, :, np.newaxis], axis=0)# 判断是否收敛if np.linalg.norm(new_centroids - centroids) < tol:breakcentroids = new_centroidsreturn membership, centroids# 使用示例X = np.random.rand(100, 2)membership, centroids = fuzzy_cmeans_clustering(X, n_clusters=3)print("聚类中心:")print(centroids)print("隶属度:")print(membership)上述代码实现了模糊C均值聚类算法,其中X是输入的数据集,n_clusters是聚类中心的数量,m是模糊指数,max_iter是最大迭代次数,tol是迭代停止的阈值。
Gauss诱导核模糊c均值聚类算法
DOI : 10.3969/j. issn. 1000-386x. 2017.08.046
GAUSS-INDUCED KERNEL FUZZY C-MEANS CLUSTERING ALGORITHM
Wen Chuanjun1 Zhan Yongzhao2
1 (School o f Mathematical Sciences and Chemical Engineering, Changzhou Institute o f Technology, Changzhou 213002, Jiangsu, China) 2 (School o f Computer Science and Communication Engineering, Jiangsu University ,Zhenjiang 212013, Jiangsu, China)
摘 要
针对核模糊聚类算法优异的非线性表达能力, 提 出 一种 Gauss诱导核模糊 c 均值聚类算法( GIKFCMs)。
首先, 基于核目标函数和梯度法, 得到特征空间聚类中心表达式, 并通过内积运算得到聚类中心与样本的核矩阵表达 式。其次 , 取核目标函数中的核函数为 Gauss核函数, 并利用梯度法得到输入空间聚类中心表达式。最后将聚类中 心与样本的核矩阵代入输入空间聚类中心表达式中, 从 而 得 到 GIKFCMs核聚类中心计算方法, 同时得到相应的
的广泛关注和研究, 并进一步将其推广应用到特征提 取[2]、 模糊聚类[3]等领域。 核方法将输入空间的非线性关系通过非线性映射
GIKFCMs核聚类算法。研 究 GIKFCMs算法的相关性质 , 分析算法的收敛性和初始化约束。GIKFCMs算法克服了原
有核聚类算法在收敛性与初始化约束方面的缺陷。通过仿真实验验证了该算法的有效性。 关键词 中图分类号 核方法模糊聚类非线性映射核聚类中心算法等价性证明
基于密度结构分析的改进FCM混合矩阵估计
DOI: 10.11991/yykj.202011019基于密度结构分析的改进FCM 混合矩阵估计刘阳,高敬鹏哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001摘 要:欠定盲源分离问题中,针对传统FCM 算法(fuzzy C-means, FCM)需要预先设定聚类数目和初始聚类中心,以及聚类结果易受噪点干扰的问题,提出一种基于密度结构分析的改进FCM 聚类算法,并利用改进后的算法实现混合矩阵估计。
这一改进算法首先用OPTICS(ordering points to identify the clustering structure ,OPTICS)算法对信号进行密度结构分析,得到能反映信号密度结构的可达距离序列,从中确定出初始聚类中心和聚类数目,实现对FCM 初始参数优化;而后进一步将可达序列作为动态加权因子应用到FCM 目标函数中,实现对目标函数的优化。
仿真结果表明,本文提出的改进算法可以从初始参数和目标函数2方面实现对传统FCM 算法的优化,提高聚类的稳定性和最终混合矩阵的鲁棒性。
关键词:欠定盲源分离;稀疏成分分析;混合矩阵估计;FCM ;OPTICS ;数据聚类;可达距离;动态加权因子中图分类号:TN911.7 文献标志码:A 文章编号:1009−671X(2021)03−0057−07Improved FCM hybrid matrix estimation based ondensity structure analysisLIU Yang, GAO JingpengCollege of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, ChinaAbstract : In the problem of underdetermined blind source separation, traditional fuzzy c-means (FCM) algorithm needs to set the number of clusters and the initial value in advance, and is easy to be disturbed by noise. To solve this problem,an improved FCM clustering algorithm based on density structure analysis is proposed, realizing the hybrid matrix estimation. The ordering points to identify the clustering structure( OPTICS) algorithm is firstly used to analyze the density structure of signals, and the reachable distance sequence reflecting the density structure of signal is obtained, and then the initial clustering center and the number of clusters are searched to optimize the initial parameters of FCM. Then,the reachable sequence is further applied to the objective function of FCM as a dynamic weighting factor to optimize the objective function. Simulation results show that the improved algorithm can optimize the traditional FCM algorithm from the initial parameters and objective functions, and improve the stability of clustering and the robustness of the final mixed matrix.Keywords: underdetermined blind source separation; sparse component analysis; mixed matrix estimation; FCM;OPTICS; data clustering; reachable distance; dynamic weighting factor盲源分离问题最早起源于“鸡尾酒会”,目的是在源信号与混合矩阵均未知的情况下,从观测到的若干个混合信号中分离出有用的信号[1]。
鲁棒性模糊C-均值聚类算法
鲁棒性模糊C-均值聚类算法康耀龙;冯丽露【期刊名称】《山西大同大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(000)004【摘要】针对模糊C-均值聚类算法(FCM)在参数输入受人为限定,且在系统应用中易受噪声或孤立点数据的干扰等缺点,提出一种鲁棒性FCM聚类算法(RFCM),以降低噪声或孤立点的影响。
%To answer the questions of the Fuzzy C-Means clustering algorithms many man-made factors such as parameters input are fixed and easily interfered by noise or outliner in the system application are involved, the Robust Fuzzy C-Means (RFCM) algorithm is proposed to greatly mitigate the influence of data noises and outliers.【总页数】3页(P1-3)【作者】康耀龙;冯丽露【作者单位】山西大同大学数学与计算机科学学院,山西大同037009;山西大同大学教育科学与技术学院,山西大同037009【正文语种】中文【中图分类】TP18【相关文献】1.融合密度峰值和模糊C-均值聚类算法 [J], 任新维;张桂珠2.基于模糊c-均值(FCM)聚类算法的给水管网压力监测点优化布置 [J], 林英姿;刘览;刘思宏;吕尊敬;3.基于改进蝙蝠优化自确定的模糊C-均值聚类算法 [J], 汤正华4.基于模糊C-均值聚类算法的台区电压与用户关系辨识 [J], 曾顺奇;吴杰康;李欣;蔡志宏5.基于正则化的模糊C-均值聚类算法及其在T-S模糊系统辨识问题中的应用 [J], 王艳;徐再花;张大庆因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于人工萤火虫的模糊聚类算法研究_骆东松
( 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院,兰州 730050) 摘要: 模糊 C - 均值( FCM) 聚类算法是数据挖掘中常用的方法之一,但往往受到初始聚类中心 影响,收敛结果易陷入局部极小值的问题。该文提出了一种基于人工萤火虫( GSO) 的模糊聚类算 法( GSFM) 。该算法引入了全局寻优能力强的人工萤火虫算法来求得最优解作为 FCM 算法的初 始聚类中心,然后利用 FCM 算法优化初始聚类中心,最后求得全局最优解,从而有效克服了 FCM 算法的缺点。实验结果表明,新算法与 FCM 聚类算法相比,提高了算法的寻优能力,并且迭代次数 更少,收敛速度更快,聚类效果更好。 关键词: 数据挖掘; 模糊 C - 均值聚类; 人工萤火虫算法; GSFM 中图分类号: O159 文献标志码: A 文章编号: 1000 - 0682( 2013) 02 - 0003 - 04
;
li (
t)
< lj ( t) } ,其中( 0 < rid ≤rs ) ,
rs为 萤 火 虫 个 体 的 感 知 半 径。选 择 移 向 邻 域 集
Ni( t) 内个体 j 的概率 pij( t)
∑ pij( t) =
lj( t) - li( t) k∈Ni( t) lk ( t) - li ( t)
1 FCM 算法
模糊 C - 均值聚类算法是一种迭代优化算法,
可以描述为最小化指数函数。设集合 X = { x1 ,x2 , …,xn} 是特征空间 Rn上的一个有限数据集合,再把 X 划分为 c 类( 2≤c≤n) ,设有个数为 c 的聚类中心
V = { v1 ,v2 ,…,vc} 。n × c 维矩阵 U = ( uij ) ,uij ∈[0, 1]表示每个样本的隶属度矩阵。其中,i = 1,2,…,
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1 <i~<c;
(la) (lb) (lc)
Y~A Yj= (a; i ~ j
U Y, : Y
In these equations, ~ stands for the empty set, and (n, u ) are respectively, intersection, and union. In the context discussed later, the sets { YI} are termed "clusters in Y. Clusters analysis (or simply clustering) in Y refers to the identification of a distinguished c-partition {Y~} of Y whose subsets contain points which have high intracluster resemblance; and, simultaneously, low intercluster similarity. The mathematical criterion of resemblance used to define an "optimal" c-partion is termed a cluster criterion. One hopes that the substructure of Y represented by { I~} suggests a useful division or relationship between the population variables of the real physical process from whence Y was drawn. One of the first questions one might ask is whether Y was drawn. One of the first questions one might ask is whether Y contains any clusters at all. In many 191
(Received 6 May 1982; revised 16 May 1983)
AbstractnThis paper transmits a FORTRAN-IV coding of the fuzzy c-means (FCM) clustering program. The FCM program is applicable to a wide variety of geostatistical data analysis problems. This program generates fuzzy partitions and prototypes for any set of numerical data. These partitions are useful for corroborating known substructures or suggesting substructure in unexplored data. The clustering criterion used to aggregate subsets is a generalized least-squares objective function. Features of this program include a choice of three norms (Euclidean, Diagonal, or Mahalonobis), an adjustable weighting factor that essentially controls sensitivity to noise, acceptance of variable numbers of clusters, and outputs that include several measures of cluster validity.
Computers & Geosciences Vol. 10, No. 2-3, pp. 191-203, 1984.
Printed in the U.S.A.
0098-3004/84 $3.00 + .00 © 1984 Pergamon Press Ltd.
FCM: THE FUZZY c-MEANS CLUSTERING ALGORITHM
Key Words: Cluster analysis, Cluster validity, Fuzzy clustering, Fuzzy QMODEL, Least-squared errors.
INTRODUCTION In general, cluster analysis refers to a broad spectrum of methods which try to subdivide a data set X into c subsets (clusters) which are pairwise disjoint, all nonempty, and reproduce X. via union. The clusters then are termed a hard (i.e., nonfuzzy) c-partition of X. Many algorithms, each with its own mathematical clustering criterion for identifying "optimal" clusters, are discussed in the excellent monograph of Duda and Hart (1973). A significant fact about this type of algorithm is the defect in the underlying axiomatic model that each point in X is unequivocally grouped with other members of "its" cluster, and thus bears no apparent similarity to other members of X. One such manner to characterize an individual point's similarity to all the clusters was introduced in 1965 by Zadeh (1965). The key to Zadeh's idea is to represent the similarity a point shares with each cluster with a function (termed the membership function) whose values (called memberships) are between zero and one. Each sample will have a membership in every cluster, memberships close to unity signify a high degree of similarity between the sample and a cluster while memberships close to zero imply little similarity between the sample and that cluster. The history, philosophy, and derivation of such mathematical systems are documented in Bezdek (1981). The net effect of such a function for clustering is to produce fuzzy c-partitions of a given data set. A fuzzy c-partition of X is one which characterizes the membership of each sample point in all the clusters by a membership function which ranges between
zero and one. Additionally, the sum of the memberships for each sample point must be unity. Let Y = {Yl, Y2. . . . . y~} be a sample of N observations in R n (n-dimensional Euclidean space); Yk is the k-th feature vector; Ykj the j-th feature of Yk. If C is an integer, 2 ~< c < n, a conventional (or "hard") c-partition of Y is a c-tuple (YI, Y2 . . . . . Yc) of subsets of Y that satisfies three conditions: Y~=~'
JAMES C. BEZDEK Mathematics Department, Utah State University, Logan, UT 84322, U.S.A. ROBERT EHRLICH Geology Department, University of South Carolina, Columbia, SC 29208, U.S.A. WILLIAM FULL Geology Department, Wichita State University, Wichita, KS 67208, U.S.A.