聚类分析—密度聚类
聚类分析方法概述及应用
聚类分析方法概述及应用聚类分析是一种常用的数据分析方法，用于将相似的数据点聚集在一起，形成有意义的群组。
它可以帮助我们理解数据的内在结构和模式，揭示隐藏在数据背后的信息。
本文将对聚类分析方法进行概述，并探讨其在不同领域的应用。
一、聚类分析方法概述聚类分析方法有多种类型，其中最常用的是原型聚类、层次聚类和密度聚类。
1. 原型聚类原型聚类是一种利用原型向量（即代表一个簇的中心点）来表示和分类数据的方法。
最常见的原型聚类算法是K均值聚类，它通过迭代过程将数据分成K个簇。
2. 层次聚类层次聚类是一种基于树状结构的聚类方法，它将数据点逐步合并为越来越大的簇，直到所有数据点都合并为一个簇。
层次聚类可以分为凝聚型和分裂型两种。
3. 密度聚类密度聚类是一种基于数据点之间密度的聚类方法。
它通过计算每个数据点周围的密度，将密度较高的数据点归为一类，从而形成簇。
DBSCAN是最常用的密度聚类算法之一。
二、聚类分析的应用聚类分析方法在各个领域都有广泛的应用，以下是其中几个典型的应用示例：1. 市场细分聚类分析可帮助企业将潜在消费者细分为不同的市场群体，根据不同群体的需求进行针对性的市场推广。
例如，一家保险公司可以利用聚类分析将客户分为不同的风险类别，制定相应的保险套餐。
2. 医学研究在医学领域，聚类分析可用于帮助识别患者的疾病风险、预测疾病进展、选择最佳治疗方案等。
通过分析患者的基因数据、病历记录和临床表现等信息，医生可以将患者分为不同的疾病类型，为个体化治疗提供指导。
3. 社交网络分析社交网络中存在着庞大的用户群体和复杂的网络关系。
聚类分析可以帮助我们理解社交网络中的用户群体结构，发现潜在的兴趣群体和社区，并为个性化推荐、社交媒体营销等提供支持。
4. 图像分析聚类分析可以应用于图像分析领域，如图像压缩、图像分类等。
通过对图像中的像素点进行聚类，可以将相似的像素点合并为一个簇，从而实现图像的压缩和分类。
5. 网络安全对于网络安全领域来说，聚类分析可以帮助识别异常网络流量、发现潜在的攻击者并采取相应的安全防护措施。
聚类分析—密度聚类
DBSCAN(续)
算法 任意选取一个点 p 得到所有从p 关于 Eps 和 MinPts密度可达的点. 如果p 是一个核心点, 则找到一个聚类. 如果 p 是一个边界点, 没有从p 密度可达的点, DBSCAN 将 访问数据库中的下一个点. 继续这一过程, 直到数据库中的所有点都被处理.
密度可达的(density reachable): 存在 一个从p到q的DDR对
象链(如果存在一条链<p1,p2,…..,pi>，满足p1=p，pi=q，pi 直接密度可达pi+1，则称p密度可达q)
p
MinPts = 5
q
Eps = 1 cm
由一个核心对象和其密度可达的所有对象构成一个聚类。
基于密度的聚类: 背景II
可以在带有“噪音”的空间数据库中发现任意形状 的聚类
Border Core
Outlier
Eps = 1cm MinPts = 5
11
DBSCAN(1996)
DBSCAN：一种基于高密度连通区域的基于密度的 聚类方法，该算法将具有足够高密度的区域划分为 簇，并在具有噪声的空间数据库中发现任意形状的 簇。它将簇定义为密度相连的点的最大集合；
都是关于Eps, MinPts 是从 o 密度可
达的(如果存在o，o密度可达q和p， 则称p和q是密度连通的)
o
由一个核心对象和其密度可达的所有对象构成一个聚类。
6
密度概念
Eg: 假设半径 Ε=3 ， MinPts=3 ， 点 p 的 领域中有点 {m,p,p1,p2,o}, 点 m 的 领域中有
2
基于密度的聚类: 背景I
两个参数:
Eps: 邻域的最大半径
MinPts: 在 Eps-邻域中的最少点数
聚类分析（五）——基于密度的聚类算法OPTICS
聚类分析（五）——基于密度的聚类算法OPTICS 1 什么是OPTICS算法在前⾯介绍的DBSCAN算法中，有两个初始参数E（邻域半径）和minPts(E邻域最⼩点数)需要⽤户⼿动设置输⼊，并且聚类的类簇结果对这两个参数的取值⾮常敏感，不同的取值将产⽣不同的聚类结果，其实这也是⼤多数其他需要初始化参数聚类算法的弊端。
为了克服DBSCAN算法这⼀缺点，提出了OPTICS算法（Ordering Points to identify theclustering structure）。
OPTICS并不显⽰的产⽣结果类簇，⽽是为聚类分析⽣成⼀个增⼴的簇排序（⽐如，以可达距离为纵轴，样本点输出次序为横轴的坐标图），这个排序代表了各样本点基于密度的聚类结构。
它包含的信息等价于从⼀个⼴泛的参数设置所获得的基于密度的聚类，换句话说，从这个排序中可以得到基于任何参数E和minPts的DBSCAN算法的聚类结果。
2 OPTICS两个概念核⼼距离：对象p的核⼼距离是指是p成为核⼼对象的最⼩E’。
如果p不是核⼼对象，那么p的核⼼距离没有任何意义。
可达距离：对象q到对象p的可达距离是指p的核⼼距离和p与q之间欧⼏⾥得距离之间的较⼤值。
如果p不是核⼼对象，p和q之间的可达距离没有意义。
例如：假设邻域半径E=2, minPts=3，存在点A(2,3),B(2,4),C(1,4),D(1,3),E(2,2),F(3,2)点A为核⼼对象，在A的E领域中有点{A,B,C,D,E,F}，其中A的核⼼距离为E’=1，因为在点A的E’邻域中有点{A,B,D,E}>3;点F到核⼼对象点A的可达距离为，因为A到F的欧⼏⾥得距离，⼤于点A的核⼼距离1.3 算法描述OPTICS算法额外存储了每个对象的核⼼距离和可达距离。
基于OPTICS产⽣的排序信息来提取类簇。
算法描述如下：算法：OPTICS输⼊：样本集D, 邻域半径E, 给定点在E领域内成为核⼼对象的最⼩领域点数MinPts输出：具有可达距离信息的样本点输出排序⽅法：1 创建两个队列，有序队列和结果队列。
聚类分析的类型与选择
聚类分析的类型与选择聚类分析是一种常用的数据分析方法，用于将一组数据分成不同的类别或群组。
通过聚类分析，可以发现数据中的内在结构和模式，帮助我们更好地理解数据和做出决策。
在进行聚类分析时，我们需要选择适合的聚类算法和合适的聚类类型。
本文将介绍聚类分析的类型和选择方法。
一、聚类分析的类型1. 划分聚类（Partitioning Clustering）划分聚类是将数据集划分为不相交的子集，每个子集代表一个聚类。
常用的划分聚类算法有K-means算法和K-medoids算法。
K-means算法是一种迭代算法，通过计算数据点与聚类中心的距离来确定数据点所属的聚类。
K-medoids算法是一种基于对象之间的相似性度量的划分聚类算法。
2. 层次聚类（Hierarchical Clustering）层次聚类是将数据集划分为一个层次结构，每个层次代表一个聚类。
常用的层次聚类算法有凝聚层次聚类和分裂层次聚类。
凝聚层次聚类是自底向上的聚类过程，开始时每个数据点都是一个聚类，然后逐步合并相似的聚类，直到形成一个大的聚类。
分裂层次聚类是自顶向下的聚类过程，开始时所有数据点都属于一个聚类，然后逐步将聚类分裂成更小的聚类。
3. 密度聚类（Density Clustering）密度聚类是基于数据点之间的密度来进行聚类的方法。
常用的密度聚类算法有DBSCAN算法和OPTICS算法。
DBSCAN算法通过定义数据点的邻域密度来确定核心对象和边界对象，并将核心对象连接起来形成聚类。
OPTICS算法是DBSCAN算法的一种改进，通过计算数据点的可达距离来确定聚类。
二、选择聚类分析的方法在选择聚类分析的方法时，需要考虑以下几个因素：1. 数据类型不同的聚类算法适用于不同类型的数据。
例如，K-means算法适用于连续型数值数据，而DBSCAN算法适用于密度可测量的数据。
因此，在选择聚类算法时，需要根据数据的类型来确定合适的算法。
2. 数据量和维度聚类算法的计算复杂度与数据量和维度有关。
密度聚类算法详解课件
04
密度聚类算法在数据挖掘中的应用 场景
在图像分类中的应用
01
总结词
密度聚类算法在图像分类中能够有效地识别和区分不同类别的图像。
02
详细描述
通过构建像素之间的相似性矩阵，密度聚类算法可以发现图像中的密集
区域和稀疏区域，从而将不同的图像分为不同的类别。
03
应用案例
DBSCAN算法可以用于图像分类，例如在人脸识别、物体识别等应用中
密度聚类算法详解课件
目录
CONTENTS
• 密度聚类算法概述 • DBSCAN算法详解 • DENCLUE算法详解 • 密度聚类算法在数据挖掘中的应用场景 • 密度聚类算法的优缺点及未来发展趋势
01
密度聚类算法概述
定义与背景
定义
密度聚类算法是一种基于数据密 度的聚类方法，通过搜索数据空 间中的密集区域来发现聚类。
参数与优化策略
参数
DENCLUE算法的主要参数包括高斯混合模型的组件数、高斯分布的协方差矩阵 、迭代次数等。这些参数需要根据具体数据集和问题进行调整和优化。
优化策略
在算法的迭代过程中，可以使用EM算法来优化高斯混合模型的参数，以及使用 K-means算法来对密度分布进行聚类。此外，可以使用一些启发式方法来初始化 高斯混合模型的参数，以提高算法的性能。
DENCLUE（Density based Clustering based on Locally Aggregated Mode Learning）是一种基于密度的聚类算法 。它通过学习局部模式的密度分布来进行聚类。
数学模型
该算法主要基于概率密度估计，通过学习数据的局部密度分 布来进行聚类。它使用一个高斯混合模型（GMM）来估计数 据的局部密度分布，并使用一个聚类算法（如K-means）对 估计的密度分布进行聚类。
知识点归纳 数据挖掘中的聚类分析与分类算法
知识点归纳数据挖掘中的聚类分析与分类算法数据挖掘中的聚类分析与分类算法数据挖掘是指从大量数据中自动发现有用的模式、关系或规律的过程。
在数据挖掘过程中，聚类分析和分类算法是两个常用且重要的技术。
本文将对这两个知识点进行归纳总结。
一、聚类分析聚类分析是将一组无标签的数据对象进行分组或聚类的数据挖掘技术。
其目标是通过对象之间的相似性将它们划分为若干个簇，使得同一簇内的对象相似度高，不同簇之间的相似度低。
聚类分析广泛应用于市场分割、社交网络分析、图像处理等领域。
常用的聚类算法有以下几种：1. K-means算法：K-means是一种基于距离度量的聚类算法。
它通过逐步迭代，将数据集分为K个簇，使得每个数据对象与本簇内的其他对象的相似度最高。
2. 层次聚类算法：层次聚类算法是一种通过计算不同类别之间的相似性，并逐步合并相似度高的类别的方式进行数据聚类的方法。
Hierarchical Agglomerative Clustering（HAC）是层次聚类的一种常见算法。
3. 密度聚类算法：密度聚类算法是一种通过计算对象的密度来确定簇的方法，常见的算法有DBSCAN和OPTICS算法。
这类算法可以有效地发现具有不同密度分布的聚类。
二、分类算法分类算法是将带有标签的数据集按照类别或标签进行划分的数据挖掘技术。
通过学习已有数据集的特征和类别标签，分类算法能够对新的未标记数据进行分类预测。
分类算法广泛应用于垃圾邮件过滤、文本分类、风险评估等领域。
常用的分类算法有以下几种：1. 决策树算法：决策树算法是一种基于树形结构的分类算法。
它通过对数据集进行递归分割，使得每个子节点具有最佳的纯度或信息增益，从而实现对数据的分类。
2. 朴素贝叶斯算法：朴素贝叶斯算法是一种基于条件概率的分类算法。
它假设特征之间相互独立，并通过计算条件概率来进行分类预测。
3. 支持向量机算法：支持向量机算法是一种通过寻找最优分割超平面将数据划分为不同类别的算法。
数据聚类分析方法
数据聚类分析方法
数据聚类分析方法是一种将数据分组或分类的技术。
聚类分析的目标是将相似的数据聚集在一起，同时将不相似的数据分开。
以下是常见的数据聚类分析方法：
1. K-means聚类算法：K-means算法是一种迭代的聚类算法。
它将数据集分为预先指定的K个簇，其中每个数据点属于距离该数据点最近的簇。
该算法通过不断迭代更新簇的中心来优化聚类结果。
2. 层次聚类算法：层次聚类算法通过以下两种方法进行聚类分析：聚合和分裂。
聚合方法将每个数据点作为一个单独的簇，并逐渐将相似的簇合并在一起。
分裂方法则是从一个包含所有数据点的簇开始，并逐渐将不相似的数据点分离开来。
3. 密度聚类算法：密度聚类算法将数据点密度作为聚类的基础。
该算法通过确定数据点周围的密度来划分不同的簇。
常见的密度聚类算法有DBSCAN和OPTICS。
4. 基于网格的聚类算法：基于网格的聚类算法将数据空间划分为网格，并将数据点分配到各个网格中。
该算法通常适用于高维数据集，可以减少计算复杂度。
5. 谱聚类算法：谱聚类算法将数据点表示为一个图的拉普拉斯矩阵，并通过谱分解将数据点分配到不同的簇中。
该算法通常用于非线性可分的数据集。
需要根据具体的数据集和分析目标来选择适合的数据聚类分析方法。
聚类分析AI技术中的聚类分析模型与数据集划分
聚类分析AI技术中的聚类分析模型与数据集划分聚类分析是一种常用的机器学习方法，用于将数据集中的样本划分为不同的类别或群组。
随着人工智能技术的不断发展，聚类分析在各个领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍聚类分析在AI技术中的聚类分析模型与数据集划分的相关内容。
一、聚类分析模型聚类分析模型是实现聚类分析任务的关键。
根据不同的算法原理和性质，常见的聚类分析模型包括K均值聚类、层次聚类、密度聚类等。
1. K均值聚类K均值聚类是一种基于距离的聚类算法，其核心思想是将数据集划分为K个不同的非重叠的类别。
算法的步骤主要包括初始化K个聚类中心、计算每个样本与聚类中心之间的距离、调整聚类中心位置以及重新划分样本等。
2. 层次聚类层次聚类是一种自下而上或自上而下的聚类方法，通过计算样本之间的相似性度量来构建聚类树。
常见的层次聚类方法包括凝聚式聚类和分裂式聚类。
凝聚式层次聚类从每个样本开始自底向上逐渐合并，直到构建全局的聚类树。
分裂式层次聚类则从整体开始自顶向下逐渐分割，直到得到单个样本作为独立的聚类。
3. 密度聚类密度聚类是一种基于密度的聚类方法，其核心思想是将数据集中的密度较高的样本划分为一类。
通过计算样本之间的密度来确定聚类边界，并将稠密的区域作为聚类簇。
著名的密度聚类算法有DBSCAN和OPTICS等。
二、数据集划分在聚类分析中，数据集的划分对于聚类结果的准确性至关重要。
常用的数据集划分方法有随机划分和分层划分。
1. 随机划分随机划分是将数据集中的样本按照一定的比例随机分为训练集和测试集。
这种划分方法简单快捷，适用于样本分布均匀且样本数较多的情况。
但随机划分可能会出现训练集和测试集之间样本分布不一致的问题，导致聚类效果不佳。
2. 分层划分分层划分是根据数据集中样本的特征或类别进行划分。
例如，可以根据样本所属的标签或特征值将数据集分为不同的层，并在每个层内进行随机划分。
这种划分方法可以保证训练集和测试集在整体上具有一致的分布特性，提高聚类模型的稳定性和泛化能力。
基因表达数据分析中的聚类方法比较
基因表达数据分析中的聚类方法比较基因表达数据分析是生物信息学领域的重要研究方向之一，通过分析基因在不同条件下的表达水平，可以揭示基因调控和细胞功能等方面的信息。
而聚类分析是一种常用的数据挖掘技术，可用于将基因表达数据分为不同的群组，进而探索基因之间的关联性和功能差异。
在基因表达数据分析中，有多种聚类方法可供选择，本文将对几种常见的聚类方法进行比较与评估。
1. K-均值聚类算法K-均值聚类是最常用的聚类方法之一，其基本思想是将n个数据点划分为k个簇，使得簇内的数据点之间的差异最小。
算法步骤包括随机选择k个初始质心，将数据点分配给质心所属的簇，更新质心位置，重复以上两个步骤直至收敛。
这种算法简单、易于理解和实现，但对初始质心选择敏感，结果可能会受到局部最优解的影响。
2. 层次聚类算法层次聚类是一种将数据点逐步分割或合并为层次化结构的聚类方法。
主要分为聚合聚类和分裂聚类两种类型。
聚合聚类从单个数据点开始逐步合并，直到所有数据点形成一个大的簇。
分裂聚类从一个大的簇开始逐步分割，直到每个簇只包含一个数据点。
这种方法不需要预先确定聚类数目，但结果可能受到数据点之间的距离度量方法的影响。
3. 密度聚类算法密度聚类算法通过考察数据点周围的密度来识别簇区域。
其中最著名的算法是DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）。
DBSCAN根据两个参数（邻域半径和最小邻域点数）识别核心点、边界点和噪声点，并以核心点为中心构建簇。
相比于K-均值聚类，密度聚类对数据分布的假设更弱，能够捕获任意形状的簇，但结果可能受到参数选择的影响。
4. 模型聚类算法模型聚类算法通过假设数据点符合特定的概率模型来识别簇结构。
其中最常用的算法是高斯混合模型（GaussianMixture Model，GMM）。
GMM假设数据点由多个高斯分布组合而成，通过最大似然估计方法估计模型参数，并使用期望最大化（Expectation-Maximization，EM）算法进行求解。
聚类分析之密度划分（DBSCAN、MeanShift）
聚类分析之密度划分（DBSCAN、MeanShift）将密度⾜够⼤的相邻区域连接，能有效处理异常数据，主要⽤于对空间数据的聚类。
只要靠近区域的密度超过某个阀值，就继续聚类。
将密度⾜够⼤的相邻区域连接起来。
在⼀个给定范围的区域内必须⾄少包含某个数⽬的点。
该类⽅法将每个簇看作是数据空间中被低密度区域分割开的⾼密度对象区域，也就是将簇看作是密度相连的点最⼤集合。
具有较⼤的优越性和灵活性，有效地克服噪声的影响，并且只需要对数据进⾏⼀次扫描。
代表算法DBSCAN、DENCLUE和OPTICS等。
setp1:输⼊数据集合s,随机找出⼀个点，并找出这个点所有密度相连点setp2:遍历所有epslon领域内的点，并寻找这些点相连的点setp3:扫描数据集，寻找没有被聚类的核⼼点。
返回setp2setp4:输出划分的类，并输出异常值点（不和其他点密度相连）优点：应⽤最为⼴泛；收敛速度快；能扩展以⽤于⼤规模的数据集，与K-means⽅法相⽐，DBSCAN不需要事先知道要形成的簇类的数量。
与K-means⽅法相⽐，DBSCAN可以发现任意形状的簇类。
同时，DBSCAN能够识别出噪声点。
缺点：倾向于识别凸形分布、⼤⼩相近、密度相近的聚类；中⼼选择和噪声聚类对结果影响⼤。
DBSCAN不能很好反映⾼维数据， DBSCAN不能很好反映数据集以变化的密度。
DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Application with Noise)是⼀个基于⾼密度连接区域的密度聚类⽅法。
DBSCAN通过检查数据库中每个点的ε-邻域来寻找聚类。
如果⼀个点p的ε-邻域包含多于MinPts个点，则创建⼀个以p作为核⼼对象的新簇。
然后，DBSCAN反复地寻找从这些核⼼对象直接密度可达的对象，这个过程可能涉及⼀些密度可达簇的合并[9]。
当没有新的点可以被添加到任何簇时，该过程结束。
python代码如下：from sklearn.cluster import DBSCANfrom sklearn import datasetsfrom dask.array.learn import predictimport numpy as npiris = datasets.load_iris()X = iris.datay = iris.targetprint(y)clf=DBSCAN()predicted=clf.fit_predict(X)#设置区间print(predicted)k2y = np.array([0,1,2])print(k2y[predicted])print((k2y[predicted] == y).astype(int).mean())我们可以看出聚类精度0.687MeanShiftfrom sklearn.cluster import MeanShiftfrom sklearn import datasetsfrom dask.array.learn import predictimport numpy as npiris = datasets.load_iris()X = iris.datay = iris.targetprint(y)clf=MeanShift()predicted=clf.fit_predict(X)#设置区间print(predicted)k2y = np.array([1,0])print(k2y[predicted])print((k2y[predicted] == y).astype(int).mean())聚类精度0.66。
常用的聚类分析方法
常用的聚类分析方法常用的聚类分析方法有层次聚类、K均值聚类、密度聚类、DBSCAN聚类和谱聚类等。
首先介绍层次聚类方法。
层次聚类是一种自底向上或自顶向下的聚类方法。
自底向上方法从每个数据点开始，将每个点看作一个独立的簇，然后通过计算两个最近的簇之间的距离，将距离最近的两个簇合并为一个新的簇，直到所有的数据点都合并为一个簇。
自顶向下方法从所有的数据点开始，将它们看作一个整体的簇，然后通过计算簇内数据点之间的距离，将距离最远的数据点划分为两个簇，再递归地继续划分簇，直到达到预设的聚类数目为止。
其次介绍K均值聚类方法。
K均值聚类是一种基于距离度量的聚类方法，它将数据划分为K个不同的簇，使得每个数据点与所属簇的中心点之间的距离最小化。
算法首先随机选择K个中心点，然后将数据点分配到距离最近的中心点所属的簇中，接着更新每个簇的中心点为簇内所有数据点的平均值，重复这个过程，直到簇的分配不再发生变化或达到预设的迭代次数。
再介绍密度聚类方法。
密度聚类是一种基于密度的聚类方法，它通过寻找数据点的密度相对较高的区域来确定簇的划分。
算法首先根据指定的邻域半径和最小邻居数目确定核心对象，然后从核心对象出发，递归地扩展可达对象，得到一个密度可达的区域，将这个区域内的数据点划分为一个簇，重复这个过程，直到所有的数据点都被访问过为止。
还介绍DBSCAN聚类方法。
DBSCAN聚类是一种基于密度相连的聚类方法，它将数据划分为多个密度相连的点构成的簇。
算法首先随机选择一个未访问的数据点，如果该点的邻域内有足够数量的点，则将这些点及其邻域内的点都划分为一个簇，接着对这些点进行标记为已访问，然后递归地寻找其他点，并重复这个过程，直到所有的点都被访问过为止。
最后介绍谱聚类方法。
谱聚类是一种基于图论的聚类方法，它将数据点看作图中的节点，通过计算节点之间的相似度构建一个邻接矩阵，然后通过对邻接矩阵进行特征分解或图划分得到数据点的特征向量，再将这些特征向量作为输入进行聚类。
密度聚类算法详解
密度聚类算法详解密度聚类是一种数据挖掘和机器学习中常用的聚类算法，它能够发现具有类似密度的数据点，并将它们划分为不同的聚类。
与传统的聚类算法（如K均值和层次聚类）相比，密度聚类不需要提前指定聚类的个数，能够自动发现数据中的不同密度区域，并将其归为一个簇。
本文将详细介绍密度聚类算法的原理、步骤和应用。
一、密度聚类的原理密度聚类的核心概念是密度可达性和密度直达性。
密度可达性指的是如果一个样本A位于另一个样本B的ε-邻域内，并且样本B是在该邻域内密度最大的点，则样本A被认为是从样本B密度可达。
密度直达性是密度可达性的传递性，如果存在样本序列A1，A2，...，An，使得A1从样本A2，A2从A3，...，An-1从An密度可达，则样本A1从样本An密度直达。
密度聚类的基本思想是通过计算每个样本点的密度来发现簇结构。
算法从一个未访问的样本点开始，计算其ε-邻域内的样本点个数，如果该个数大于等于预设的阈值MinPts，则将该样本点标记为核心对象，并将其密度直达的样本点加入到同一个簇中。
对于不满足MinPts条件的样本点，如果其ε-邻域内存在核心对象，则将其归属于该核心对象所在的簇中，否则将其视为噪声。
二、密度聚类的步骤密度聚类的步骤如下：1. 初始化：设置邻域半径ε和核心对象的最小邻域数目MinPts。
2.计算密度：计算每个样本点的ε-邻域内的样本数。
3. 标记核心对象：将邻域内样本数大于等于MinPts的样本点标记为核心对象，将邻域内的样本点加入到对应的簇中。
4.扩展簇：对每个核心对象进行扩展，将其密度直达的样本点加入到相应的簇中。
5.去噪声：将不属于任何簇的样本点标记为噪声或离群点。
三、密度聚类的应用密度聚类广泛应用于各种数据挖掘和机器学习任务中，如图像分割、异常检测、文本聚类等。
以下是一些密度聚类的应用示例：1.图像分割：密度聚类可以用于将图像中的像素点划分为不同的区域，从而实现图像的分割和提取。
2.异常检测：密度聚类可以用于识别数据中的异常点或离群点，这些异常点通常具有与其他样本点不同的密度特征。
聚类分析的类型简介及应用
聚类分析的类型简介及应用聚类分析是一种无监督学习的方法，它将数据集中的对象按照其相似性分为若干个互不重叠的子集，每个子集被称为一个簇。
不同的聚类分析方法根据其内聚力和分离力的不同标准，可以分为层次聚类、划分聚类、密度聚类和模型聚类等类型。
下面将对这些聚类分析的类型进行详细介绍，并介绍它们的应用领域。
1. 层次聚类：层次聚类根据簇间的连续关系进行分类，可以形成一个层次性的聚类结果。
层次聚类分为凝聚式和分离式两种方法。
凝聚式聚类从每个数据点开始，逐渐合并相邻的数据点，直到所有的数据点都被合并成一个簇。
分离式聚类从所有的数据点开始，逐渐将它们分成更小的簇，直到每个数据点都成为一个簇。
层次聚类的优点是不需要事先指定簇的个数，缺点是时间复杂度较高，适用于数据较少、簇的个数未知的情况。
层次聚类的应用包括社交网络分析、生物信息学、图像分析等。
2. 划分聚类：划分聚类根据簇内的相似性和簇间的分离度将数据集划分成不同的簇。
常用的划分聚类方法有K-means聚类和K-medoids聚类。
K-means聚类将数据集分成K个簇，每个簇的中心是该簇中所有数据点的均值。
K-medoids 聚类是K-means聚类的扩展，每个簇的中心是该簇中离其他数据点最近的数据点。
划分聚类的优点是计算速度快，缺点是对初始簇中心的选择敏感，适用于大规模数据集和已知簇个数的情况。
划分聚类的应用包括市场细分、用户分类、图像压缩等。
3. 密度聚类：密度聚类根据数据点的密度将其划分成不同的簇。
常用的密度聚类方法有DBSCAN和OPTICS。
DBSCAN通过设置一个半径范围和一个最小邻居数目的阈值，标记样本点为核心点、边界点或噪声点，并将核心点连接成簇。
OPTICS根据样本点之间的密度和距离建立一个可达距离图，通过截取距离图的高度获得不同的簇。
密度聚类的优点是不需要指定簇的个数，对噪声和离群点鲁棒性较强，缺点是对参数的选择敏感，计算复杂度较高，适用于数据集具有不规则形状的情况。
spss聚类分析方法选择
SPSS聚类分析方法选择引言在数据分析中，聚类分析是一种常见的方法，用于将数据分组成相似的子集。
这种方法可以在没有预先定义的分类标准的情况下，根据数据点之间的相似性将它们归类到不同的群集中。
SPSS（统计软件包for 社会科学）是一个强大的统计软件，具有灵活的聚类分析功能。
然而，在进行聚类分析时，选择合适的聚类分析方法非常重要，因为不同的方法具有不同的适用场景和结果解释。
聚类分析方法概述SPSS提供了多种聚类分析方法，每种方法都有其独特的特点和适用范围。
以下是一些常见的聚类分析方法：1.K均值聚类2.系统聚类3.密度聚类4.模糊聚类在选择聚类分析方法时，我们需要考虑以下因素：•数据类型：聚类方法可以应用于不同类型的数据，包括连续型数据、分类数据和二元数据等。
•数据分布：聚类方法对数据分布的假设不同。
某些方法要求数据服从正态分布，而其他方法可以处理任意分布的数据。
•簇的形状和大小：某些方法适用于各向同性的数据簇，而其他方法可以处理任意形状和大小的簇。
•数据量和维度：一些方法适用于处理大规模的数据集，而其他方法更适合于处理低维度的数据。
各种方法的适用场景1. K均值聚类K均值聚类是一种基于距离的聚类方法。
它将数据集划分为K个簇，每个簇有一个代表性的质心。
K均值聚类的优点是简单且易于理解，适用于处理数值型和连续型数据。
然而，K均值聚类对初始质心的选择敏感，而且对异常值和噪声较为敏感。
因此，当数据具有明显的分离性和明确的簇结构时，K 均值聚类是一种不错的选择。
2. 系统聚类系统聚类是一种基于距离或相似性的层次聚类方法。
它根据样本之间的相似性逐步合并簇，形成一棵树状结构。
系统聚类的优点是可以发现数据中复杂的簇结构，并且对初始质心的选择不敏感。
它适用于处理各向同性和异向同性的数据簇。
然而，由于系统聚类需要计算所有样本之间的距离或相似性，当数据量较大时，计算复杂度较高。
3. 密度聚类密度聚类是一种基于样本之间密度的聚类方法。
聚类分析方法及其应用
聚类分析方法及其应用聚类分析是一种通过寻找数据中相似模式并将其组织成群集的方法。
它在许多领域中得到广泛应用，如数据挖掘、机器学习、图像处理等。
本文将介绍聚类分析的基本概念和常用方法，并讨论其在实际应用中的一些案例。
一、聚类分析的基本概念聚类分析是一种无监督学习方法，它将数据集中的样本根据相似性进行分组。
相似的样本被分配到同一个群集中，而不相似的样本则分配到不同的群集。
聚类分析的目标是从数据中发现隐藏的结构和模式，并为进一步的分析和决策提供基础。
二、常用的聚类分析方法1. K-means聚类K-means聚类是最常用的聚类算法之一。
它将样本分为K个群集，其中K是用户定义的参数。
算法的核心思想是通过迭代优化，将样本逐步分配到最近的群集中心。
K-means聚类对于处理大规模数据集时具有较高的效率和可伸缩性。
2. 层次聚类层次聚类是一种基于距离和相似性的分层方法。
它从一个群集开始，然后逐步合并或划分群集，直到满足预定义的停止条件。
层次聚类的优势在于不需要预先指定聚类的数量，并且可以生成树状的聚类图谱。
3. 密度聚类密度聚类算法将样本分配到高密度区域，并将低密度区域作为噪声或离群点。
其中最著名的方法是DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)，它通过定义样本之间的距离和邻域密度来确定聚类。
三、聚类分析的应用案例1. 客户细分聚类分析可以帮助企业将客户分为不同的细分市场。
通过分析客户的购买行为、兴趣偏好等因素，可以发现潜在的市场需求和消费习惯。
2. 社交网络分析聚类分析可以帮助社交媒体平台挖掘用户之间的关系和兴趣群体。
通过聚类分析，可以将用户分为相似的群集，并提供个性化的推荐和广告。
3. 医学图像处理在医学领域，聚类分析可以帮助医生对疾病进行分类和诊断。
通过分析医学图像中的不同特征，可以将病灶分为不同的类型，并辅助医生做出准确的诊断。
聚类分析的类型与选择
聚类分析的类型与选择聚类分析是一种常用的数据分析方法，通过对数据进行分类和分组，揭示数据内在的结构和规律。
在实际应用中，不同的聚类算法适用于不同类型的数据，选择合适的聚类算法对于分析结果的准确性和可解释性至关重要。
本文将介绍聚类分析的类型与选择，帮助读者更好地理解和应用聚类分析。
一、聚类分析的类型1. 划分式聚类（Partitioning Clustering）划分式聚类是将数据划分为若干个不相交的子集，每个子集即为一个簇。
K均值（K-means）是最常用的划分式聚类算法之一，通过迭代优化簇的均值来实现数据的划分。
K均值算法简单易懂，适用于大规模数据集，但对初始聚类中心的选择敏感，容易陷入局部最优解。
2. 层次式聚类（Hierarchical Clustering）层次式聚类是将数据逐步合并或分裂，形成层次化的聚类结构。
层次式聚类分为凝聚式（Agglomerative）和分裂式（Divisive）两种方法。
凝聚式聚类从单个数据点开始，逐渐合并成越来越大的簇；分裂式聚类则从整体出发，逐渐分裂成越来越小的簇。
层次式聚类不需要预先指定簇的个数，但计算复杂度较高。
3. 密度聚类（Density-based Clustering）密度聚类是基于数据点的密度来划分簇的方法，常用的算法包括DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）和OPTICS（Ordering Points To Identify the Clustering Structure）。
密度聚类能够有效处理噪声和异常点，对簇的形状和大小没有假设，但对参数的选择较为敏感。
4. 模型式聚类（Model-based Clustering）模型式聚类假设数据由某种概率模型生成，通过最大化模型似然度来进行聚类。
高斯混合模型（Gaussian Mixture Model）是常用的模型式聚类方法，通过估计多个高斯分布的参数来描述数据的分布。
数据挖掘中聚类分析的使用教程
数据挖掘中聚类分析的使用教程数据挖掘是一个广泛应用于计算机科学和统计学的领域，它旨在从大量的数据中发现隐藏的模式和关联。
聚类分析是数据挖掘中最常用的技术之一，它可以将相似的数据点归类到同一个群组中。
本文将介绍聚类分析的基本概念、常用算法以及如何在实际应用中使用。
一、什么是聚类分析？聚类分析是一种无监督学习方法，它通过计算数据点之间的相似性来将它们划分为不同的群组。
聚类分析的目标是使同一群组内的数据点尽可能相似，而不同群组之间的数据点尽可能不同。
聚类分析可以帮助我们发现数据中的潜在模式、结构和关联。
二、常用的聚类算法1. K-means算法K-means算法是最常用的聚类算法之一，它将数据点划分为预先设定的K个簇。
算法的基本思想是通过计算数据点与簇中心的距离，将每个数据点分配到距离最近的簇中心。
然后，重新计算每个簇的中心点，并重复此过程直到簇心不再发生变化或达到预定的迭代次数。
2. 层次聚类算法层次聚类算法是一种自底向上或自顶向下的递归分割方法。
它的特点是不需要预先设定聚类簇的个数，而是通过计算数据点之间的距离或相似性，逐步合并或分割簇。
层次聚类可以生成一棵树形结构，称为聚类树或谱系树，通过对树进行剪枝可以得到不同个数的簇。
3. 密度聚类算法密度聚类算法基于数据点之间的密度来识别具有高密度的区域。
算法的核心思想是计算每个数据点的密度，并将高密度区域作为簇的中心进行扩展。
最常用的密度聚类算法是DBSCAN，它使用一个邻域半径和最小密度来定义一个核心点，从而将数据点划分为核心点、边界点和噪声点。
三、如何使用聚类分析1. 准备数据在使用聚类分析前，首先需要准备好适合进行聚类的数据。
这些数据可以是数字、文本或图像等形式，但需要将其转化为计算机能够处理的格式。
同时，数据应该经过预处理，例如去除噪声、处理缺失值和标准化等。
2. 选择适当的聚类算法根据数据的特点和问题的需求，选择合适的聚类算法。
例如，如果数据点的分布呈现明显的球状或椭球状，可以选择K-means算法；如果数据点的分布具有一定的层次结构，可以选择层次聚类算法；如果数据点的分布具有不同的密度区域，可以选择密度聚类算法。
聚类分析的类型与选择
聚类分析的类型与选择聚类分析是一种常见的数据分析方法，它可以帮助我们发现数据中的隐藏模式和结构。
在实际应用中，根据不同的数据情况和问题需求，我们可以选择不同类型的聚类分析方法。
本文将介绍聚类分析的类型与选择，帮助读者更好地理解和应用聚类分析方法。
一、聚类分析的类型1. 原型聚类原型聚类是一种常见的聚类分析方法，其核心思想是根据样本之间的相似度将它们划分到不同的类别中。
K均值聚类是原型聚类的典型代表，它通过迭代计算样本点到聚类中心的距离，并将样本划分到距离最近的聚类中心所对应的类别中。
2. 层次聚类层次聚类是另一种常见的聚类分析方法，其特点是不需要事先指定聚类个数，而是通过计算样本之间的相似性来构建一颗层次化的聚类树。
根据树状图可以灵活选择合适的聚类个数，从而达到最优的聚类效果。
3. 密度聚类密度聚类是一种基于样本点密度的聚类方法，其核心思想是寻找样本密度较大的区域，并将其划分为一个簇。
DBSCAN（Density-BasedSpatial Clustering of Applications with Noise）是密度聚类的代表算法之一，它能够发现任意形状的簇，并且具有对噪声点的鲁棒性。
4. 模型聚类模型聚类是一种基于概率模型或统计模型进行数据聚类的方法。
高斯混合模型（Gaussian Mixture Model，GMM）就是一种典型的模型聚类算法，它假设数据符合多维高斯分布，在对数据集进行了参数估计后，可以根据模型得出数据点属于每个簇的概率。
二、选择合适的聚类方法1. 根据数据特点选择在选择聚类方法时，首先需要考虑数据本身的特点。
如果数据呈现出明显的簇内紧密、簇间离散的特点，可以优先考虑使用K均值等原型聚类方法；如果数据具有层次化结构或者不同尺度上均有簇结构，则可以考虑使用层次聚类方法；当数据集呈现出复杂的非凸形状、噪声较多时，可以考虑使用DBSCAN等密度聚类方法；如果假定数据符合某种概率模型，并且希望得到每个样本点属于每个簇的概率值，则可以考虑使用模型聚类方法。
统计学中的聚类分析方法
统计学中的聚类分析方法统计学是一门研究数据收集、整理、分析和解释的学科。
在统计学中，聚类分析是一种常用的方法，通过对数据集进行分类，将相似的样本归为一类，以便揭示数据的内部结构和隐含关系。
聚类分析可以应用于各个领域，包括市场调研、生物学、医学、图像处理等。
对于大量数据集的分类和理解，聚类分析提供了一种有效的手段。
一、聚类分析的基本思想聚类分析的基本思想是将样本集合中具有相似特征的样本划分为一组，通过测量样本间的相似性或者距离，将样本分成不同的簇。
相似性可以根据各种度量方法来定义，例如欧氏距离、曼哈顿距离、相关系数等。
聚类分析的目标是使得同一簇中的样本之间更加相似，而不同簇中的样本之间差异较大。
在进行聚类分析时，需要注意选择合适的聚类算法和参数，以及对结果的验证和解释。
二、常用的聚类算法1. K-means算法K-means算法是一种常见的聚类算法，通过将样本分为K个簇，每个簇内的样本之间的距离最小，而不同簇之间的距离最大。
算法的基本步骤包括初始化质心、计算样本到质心的距离、分配样本到最近的质心、更新质心位置，并迭代上述步骤直至收敛。
2. 层次聚类算法层次聚类算法是一种分层次的聚类方法，不需要预先指定簇的数目。
该算法将每个样本作为一个独立的簇，并通过不断合并相似的簇来构建层次结构。
合并的标准可以是最小距离、最大距离、平均距离等。
3. 密度聚类算法密度聚类算法是一种基于密度的聚类方法，适用于对复杂的数据集进行聚类。
该算法通过计算样本集合中每个样本的密度，并将高密度相连的样本划分为一类。
密度聚类算法的优点在于它可以发现任意形状的簇，并且对于噪声和异常点具有较强的鲁棒性。
三、聚类结果的评价和解释聚类结果的评价和解释是聚类分析中的重要步骤。
常用的评价指标包括轮廓系数、DB指数、Dunn指数等，它们能够对聚类结果的好坏进行量化评估。
解释聚类结果的过程包括对每个簇的特征进行分析，寻找可以解释簇内样本差异的相关因素。
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Clustering Structure) Ankerst, Breunig, Kriegel, 和 Sander 提出(SIGMOD’99) 为自动和交互的聚类分析计算一个簇次序(cluster ordering ).
Border Core
4
Eps = 1cm MinPts = 5
密度概念
直接密度可达的(Directly density reachable, DDR): 给定对 象集合D, 如果p是在q的–邻域内, 而q是核心对象, 我们说对 象p是从对象q直接密度可达的(如果q是一个核心对象，p属 于q的邻域，那么称p直接密度可达q。)
1) p 属于 NEps(q)
2) 核心点条件: |NEps (q)| >= MinPts p MinPts = 5
q
3
Eps = 1 cm
密度概念
核心对象 (Core object): 一个对象的–邻域至少包含最小数 目MinPts个对象, 不是核心点 ,但落在某个核心 点的 Eps 邻域内的对象称为边 界点,不属于任何簇的对象为噪声. 对于空间中的一个对象，如果它在给定半径e的邻域中的对 象个数大于密度阀值MinPts，则该对象被称为核心对象，否 则称为边界对象。 Outlier
2014-5-30
OPTICS算法
输入：样本集D, 邻域半径E, 给定点在E领域内成为核心对象的最小领域点数MinPts 输出：具有可达距离信息的样本点输出排序 方法：1 创建两个队列，有序队列和结果队列。（有序队列用来存储核心对象及其该核心对 象的直接可达对象，并按可达距离升序排列；结果队列用来存储样本点的输出次序）；
Outlier Border Core Eps = 1cm MinPts = 5
11
DBSCAN(1996)
DBSCAN：一种基于高密度连通区域的基于密度的 聚类方法，该算法将具有足够高密度的区域划分为 簇，并在具有噪声的空间数据库中发现任意形状的 簇。它将簇定义为密度相连的点的最大集合；
12
由一个核心对象和其密度可达的所有对象构成一个聚类。
7
例子
MinPts=3
q是从p密度可达； p不是从q密度可达（q非核心） S和r从o密度可达；o从r密度可达； r, s密度相连
8
a为核心对象，b为边界对象，且 a直接密度可达b， 但b不直接密度可达a,因为b不是 一个核心对象
2014-5-30
基于密度的聚类: 背景II
密度可达:
点 p 关于Eps, MinPts 是从 q密度可 达的, 如果 存在一个节点链 p1, …, pn, p1 = q, pn = p 使得 pi+1 是从pi直接密 度可达的
p q p1
密度相连的:
点 p关于 Eps, MinPts 与点 q是密度 相连的, 如果 存在点 o 使得, p 和 q p 都是关于Eps, MinPts 是从 o 密度可 达的(如果存在o，o密度可达q和p， 则称p和q是密度连通的)
DBSCAN(续)
算法 任意选取一个点 p 得到所有从p 关于 Eps 和 MinPts密度可达的点. 如果p 是一个核心点, 则找到一个聚类. 如果 p 是一个边界点, 没有从p 密度可达的点, DBSCAN 将 访问数据库中的下一个点. 继续这一过程, 直到数据库中的所有点都被处理. DBSCAN的复杂度 2 采用空间索引, 复杂度为O(nlog n), 否则为O(n ) DBSCAN的缺点: 对用户定义的参数是敏感的, 参数难以确定(特别是对于高 维数据), 设置的细微不同可能导致差别很大的聚类. （数据倾斜分布）全局密度参数不能刻画内在的聚类结构 13
OPTICS并不显示的产生结果类簇，而是为聚类分析生成一个增广的簇 排序（比如，以可达距离为纵轴，样本点输出次序为横轴的坐标图）， 这个排序代表了各样本点基于密度的聚类结构。它包含的信息等价于从 一个广泛的参数设置所获得的基于密度的聚类，换句话说，从这个排序 中可以得到基于任何参数E和minPts的DBSCAN算法的聚类结果。
3.1 判断该拓展点是否是核心对象，如果不是，回到步骤3，否则找到该拓展点所有的直接密度可达点；
3.2 判断该直接密度可达样本点是否已经存在结果队列，是则不处理，否则下一步； 3.2 如果有序队列中已经存在该直接密度可达点，如果此时新的可达距离小于旧的可达距离，则用新可达 距离取代旧可达距离，有序队列重新排序； 重新排序；
15
作业（Due date：5月9日）
专题思路：把搜下来的网页进行聚类，将聚类结果显示给用 户，用户可以选择其中的一个类，标为关注，类的关键词作 为主题，用户就可以跟踪这主题、了解主题的文章的情感 （就是其它部分的功能） 双层正方形或者三维同心球
x sin cos y sin sin z cos
19
OPTICS(续)
例: 设=6(mm), MinPts=5. p的核心距离是p与四个最近的数据对象之间的距离’.
q1关于p的可达距离是p的核心距离(即’=3mm), 因为它比从p到q1的 欧几里得距离要大.
q2关于p的可达距离是从p到q2的欧几里得距离, 它大于p的核心距离
=6mm
=6mm
p
p ’=3m m
’=3m q1
m
q2 P的核心距离
20
可达距离 (p,q1)=’=3mm 可达距离 (p,q2)=d(p,q2)
例 如 ： 假 设 邻 域 半 径 E=2, minPts=3 ， 存 在 点
A(2,3),B(2,4),C(1,4),D(1,3),E(2,2),F(3,2)
17
OPTICS (1999)
这个次序代表了数据的基于密度的聚类结构。它包含了信息, 等同于从一个广域的参数设置所获得的基于密度的聚类 可用于自动和交互聚类分析, 包括发现内在聚类结构 可以使用图形或可视化技术表示
考虑DBSCAN, 对一个恒定的MinPts值, 关于高密度的(即较小 的值)的聚类结果被完全包含在根据较低密度所获得的密度 相连的集合中 扩展DBSCAN算法来同时处理一组距离参数值
2ຫໍສະໝຸດ 基于密度的聚类: 背景I
两个参数:
Eps: 邻域的最大半径 MinPts: 在 Eps-邻域中的最少点数
NEps(p):
{q belongs to D | dist(p,q) <= Eps}
直接密度可达的: 点 p 关于Eps, MinPts 是从点q直接密度可达 的, 如果
2 如果所有样本集D中所有点都处理完毕，则算法结束。否则，选择一个未处理（即 不在结果队列中）且为核心对象的样本点，找到其所有直接密度可达样本点，如 过该样本点不存在于结果队列中，则将其放入有序队列中，并按可达距离排序； 3 如果有序队列为空，则跳至步骤2，否则，从有序队列中取出第一个样本点（即可达距离最小的样 本点）进行拓展，并将取出的样本点保存至结果队列中，如果它不存在结果队列当中的话。
18
OPTICS(续)
为了同时构建不同的聚类, 应当以特定的顺序来处理对象. 优 先选择最小的值密度可达的对象, 以便高密度的聚类能被首 先完成 每个对象需要存储两个值 对象p的核心距离(core-distance)是使得p成为核心对象的最 小。如果p不是核心对象, p的核心距离没有定义 对象q关于另一个对象p的可达距离(reachability-distance ) 是p的核心距离和p与q的欧几里得距离之间的较大值. 如果p 不是一个核心对象, p和q之间的可达距离没有定义
q o
由一个核心对象和其密度可达的所有对象构成一个聚类。
6
密度概念
Eg: 假设半径 Ε=3 ， MinPts=3 ， 点 p 的 领域中有点 {m,p,p1,p2,o}, 点 m 的 领域中有 点 {m,q,p,m1,m2}, 点 q的 领域中有 {q,m}, 点 o 的 领 域中有点 {o,p,s}, 点 s 的 领域中有点 {o,s,s1}. 那么核心对象有 p,m,o,s(q 不是核心对象，因为它对应 的 领域中点数量等于 2 ，小于 MinPts=3) ； 点 m 从点 p 直接密度可达，因为 m 在 p 的 领域内，并 且 p 为核心对象； 点 q 从点 p 密度可达，因为点 q 从点 m 直接密度可达，并 且点 m 从点 p 直接密度可达； 点 q 到点 s 密度相连，因为点 q 从点 p 密度可达，并 且 s 从点 p 密度可达。
2014-5-30
DBSCAN(续)
算法： DBSCAN
输入： — 半径 MinPts — 给定点在 邻域内成为核心对象的最小领域点数 D — 集合 输出：目标类簇集合 方法： repeat 1) 判断输入点是否为核心对象 2) 找出核心对象的 邻域中的所有直接密度可达点 util 所有输入点都判断完毕 repeat 针对所有核心对象的 邻域所有直接密度可达点找到最大密度相 连对象集合， 中间涉及到一些密度可达对象的合并。 Util 所有核心对象的 邻域都遍历完毕
数据挖掘
Topic3--聚类分析
密度聚类
基于密度的方法
基于密度聚类 (Density-Based Clustering) 主要特点:
发现任意形状的聚类 处理噪音 一遍扫描 需要密度参数作为终止条件