模糊c均值聚类算法python
模糊C均值聚类算法的C实现代码

模糊C均值聚类算法的实现研究背景聚类分析是多元统计分析的一种,也是无监督模式识别的一个重要分支,在模式分类图像处置和模糊规那么处置等众多领域中取得最普遍的应用。
它把一个没有类别标记的样本依照某种准那么划分为假设干子集,使相似的样本尽可能归于一类,而把不相似的样本划分到不同的类中。
硬聚类把每一个待识别的对象严格的划分某类中,具有非此即彼的性质,而模糊聚类成立了样本对类别的不确信描述,更能客观的反映客观世界,从而成为聚类分析的主流。
模糊聚类算法是一种基于函数最优方式的聚类算法,利用微积分计算技术求最优代价函数,在基于概率算法的聚类方式中将利用概率密度函数,为此要假定适合的模型,模糊聚类算法的向量能够同时属于多个聚类,从而摆脱上述问题。
模糊聚类分析算法大致可分为三类1)分类数不定,依照不同要求对事物进行动态聚类,此类方式是基于模糊等价矩阵聚类的,称为模糊等价矩阵动态聚类分析法。
2)分类数给定,寻觅出对事物的最正确分析方案,此类方式是基于目标函数聚类的,称为模糊C均值聚类。
3)在摄动成心义的情形下,依照模糊相似矩阵聚类,此类方式称为基于摄动的模糊聚类分析法我所学习的是模糊C均值聚类算法,要学习模糊C均值聚类算法要先了解虑属度的含义,隶属度函数是表示一个对象x隶属于集合A的程度的函数,通常记做μA(x),其自变量范围是所有可能属于集合A的对象(即集合A所在空间中的所有点),取值范围是[0,1],即0<=μA (x)<=1。
μA(x)=1表示x完全隶属于集合A,相当于传统集合概念上的x∈A。
一个概念在空间X={x}上的隶属度函数就概念了一个模糊集合A,或叫概念在论域X={x}上的模糊子集~A。
关于有限个对象x 1,x2,……,xn模糊集合~A能够表示为:}|)),({(~XxxxAiiiA∈=μ (6.1) 有了模糊集合的概念,一个元素隶属于模糊集合就不是硬性的了,在聚类的问题中,能够把聚类生成的簇看成模糊集合,因此,每一个样本点隶属于簇的隶属度确实是[0,1]区间里面的值。
模糊c均值算法的实现
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模糊c均值算法的实现
模糊c均值算法是一种聚类算法,它通过将数据样本分成不同的聚类集合,并将每个数据样本与这些集合中心之间的距离最小化,从而确定聚类中心。
以下是模糊c均值算法的实现过程:
1. 初始化:选择聚类中心的数量和隶属度的初始值。
一般情况下,隶属度的初始值是随机分配的,而聚类中心可以选择数据集中的一些点。
2. 计算隶属度矩阵:根据当前的聚类中心计算每个数据点属于不同聚类的隶属度。
隶属度矩阵的元素表示一个数据点对各聚类中心的隶属程度,一般为一个0到1的实数值,表示该数据点与聚类中心之间的相似度。
3. 计算聚类中心:根据隶属度计算每个聚类集合的中心点。
聚类中心的计算是将每个数据点的坐标乘上其隶属度,然后相加得到该聚类集合的中心坐标。
4. 更新隶属度矩阵:使用新的聚类中心重新计算每个点的隶属度,这样就可以得到更新后的隶属度矩阵。
5. 判断终止条件:为了避免算法的无限循环,需要设置一些终止条件,例如隶属度矩阵的变化量小于一个给定的阈值,或者达到最大迭代次数。
6. 重复步骤2-5,直到满足终止条件。
最后,将数据点根据其隶属度进行分类,可以得到不同的聚类结果。
模糊c均值算法
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模糊c均值算法
算法的具体步骤如下:
1.初始化聚类中心。
从数据集中随机选择c个数据点作为聚类中心。
2.计算每个数据点属于每个聚类的隶属度。
对于每个数据点,计算其到每个聚类中心的距离,并根据距离计算其属于每个聚类的隶属度。
可以使用欧氏距离或其他距离度量方法。
3.更新聚类中心。
基于隶属度,计算新的聚类中心。
对于每个聚类,计算每个数据点的隶属度加权平均值,并将其作为新的聚类中心。
4.重复步骤2和3,直到满足停止准则。
停止准则可以是达到最大迭代次数或聚类中心的变化小于给定阈值。
然而,模糊c均值算法也存在一些限制和挑战。
首先,需要事先确定聚类数量c,并且无法自动确定最优的聚类数量。
其次,算法对初始聚类中心的选择非常敏感,不同的初始值可能会导致不同的聚类结果。
此外,算法的计算复杂度较高,尤其是在处理大规模数据时。
为了解决这些问题,一些改进的模糊c均值算法被提出,例如基于遗传算法的模糊c均值算法和基于密度的模糊c均值算法。
这些改进算法在聚类性能和效率上有一定的提升。
总结起来,模糊c均值算法是一种处理模糊性数据的聚类算法。
它通过计算每个数据点属于每个聚类的隶属度,并更新聚类中心来迭代地进行聚类。
尽管存在一些限制和挑战,但模糊c均值算法在一些领域仍然具有重要的应用价值。
模糊C均值聚类算法实现与应用
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模糊C均值聚类算法实现与应用聚类算法是一种无监督学习方法,在数据挖掘、图像处理、自然语言处理等领域得到广泛应用。
C均值聚类算法是聚类算法中的一种经典方法,它将数据对象划分为若干个不相交的类,使得同一类中的对象相似度较高,不同类之间的对象相似度较低。
模糊C均值聚类算法是对C均值聚类的扩展,它不是将每个数据对象划分到唯一的类别中,而是给每个对象分配一个隶属度,表示该对象属于不同类的可能性大小。
本文主要介绍模糊C均值聚类算法的实现方法和应用。
一、模糊C均值聚类算法实现方法模糊C均值聚类算法可以分为以下几个步骤:1. 确定聚类数k与参数m聚类数k表示将数据分成的类别数目,参数m表示隶属度的度量。
一般地,k和m都需要手动设定。
2. 随机初始化隶属度矩阵U随机初始化一个k×n的隶属度矩阵U,其中n是数据对象数目,U[i][j]表示第j个对象隶属于第i个类别的程度。
3. 计算聚类中心计算每个类别的聚类中心,即u[i] = (Σ (u[i][j]^m)*x[j]) / Σ(u[i][j]^m),其中x[j]表示第j个对象的属性向量。
4. 更新隶属度对于每个对象,重新计算它对每个类别的隶属度,即u[i][j] = 1 / Σ (d(x[j],u[i])/d(x[j],u[k])^(2/(m-1))),其中d(x[j],u[i])表示第j个对象与第i个聚类中心的距离,k表示其他聚类中心。
5. 重复步骤3和4重复执行步骤3和4,直到满足停止条件,例如聚类中心不再变化或者隶属度矩阵的变化趋于稳定。
二、模糊C均值聚类算法应用模糊C均值聚类算法可以应用于多个领域,包括图像处理、文本挖掘、医学图像分析等。
下面以图像分割为例,介绍模糊C均值聚类算法的应用。
图像分割是图像处理中的一个重要应用,旨在将一幅图像分割成多个区域,使得同一区域内的像素具有相似度较高,不同区域之间的像素相似度较低。
常见的图像分割算法包括全局阈值法、区域生长法、边缘检测法等。
模糊c均值聚类算法
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模糊c均值聚类算法C均值聚类算法(C-Means Clustering Algorithm)是一种常用的聚类算法,目的是将一组数据点分成若干个类群,使得同一类群内的数据点尽可能相似,不同类群之间的数据点尽可能不相似。
与K均值聚类算法相比,C均值聚类算法允许一个数据点属于多个类群。
C均值聚类算法的基本思想是随机选择一组初始聚类中心,然后通过迭代的方式将数据点分配到不同的类群,并调整聚类中心,直到满足停止条件。
算法的停止条件可以是固定的迭代次数,或者是聚类中心不再改变。
具体而言,C均值聚类算法的步骤如下:1.随机选择k个初始聚类中心,其中k是预先设定的类群数量。
2.根据欧氏距离或其他距离度量方法,计算每个数据点到每个聚类中心的距离。
3.将每个数据点分配到距离最近的聚类中心的类群。
4.根据聚类中心的分配情况,更新聚类中心的位置。
如果一个数据点属于多个类群,则根据各个类群的权重计算新的聚类中心位置。
5.重复步骤2到4,直到满足停止条件。
C均值聚类算法的优点是灵活性高,可以允许一个数据点属于多个类群。
这在一些应用场景中非常有用,例如一个商品可以属于多个类别。
然而,C均值聚类算法的缺点是计算复杂度较高,对初始聚类中心的选择敏感,以及类群数量k的确定比较困难。
为了解决C均值聚类算法的缺点,可以采用如下方法进行改进:1.使用聚类效度指标来评估聚类结果的好坏,并选择最优的聚类中心数量k。
2. 采用加速算法来减少计算复杂度,例如K-means++算法可以选择初始聚类中心,避免随机选择的可能不理想的情况。
3.对数据进行预处理,例如归一化或标准化,可以提高算法的收敛速度和聚类质量。
4.针对特定应用场景的需求,可以根据数据属性来调整聚类中心的权重计算方式,以适应特定的业务需求。
总结起来,C均值聚类算法是一种常用的聚类算法,与K均值聚类算法相比,它可以允许一个数据点属于多个类群。
然而,C均值聚类算法也存在一些缺点,例如计算复杂度高,对初始聚类中心的选择敏感等。
模糊 c 均值聚类算法
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模糊 c 均值聚类算法模糊 c 均值聚类算法是一种常用的聚类算法,其特点是能够解决数据集中存在重叠现象的问题,适用于多类别分类和图像分割等领域。
本文将从算法原理、应用场景、优缺点等方面分析模糊c 均值聚类算法。
一、算法原理模糊 c 均值聚类算法与传统的聚类算法相似,都是通过对数据集进行聚类,使得同一类的数据样本具有相似的特征,不同类的数据样本具有不同的特征。
但是模糊c 均值聚类算法相对于传统的聚类算法而言,其对于数据集中存在重叠现象具有一定的优越性。
模糊 c 均值聚类算法的主要思想是:通过迭代计算,确定数据集的类别个数,并计算每个数据样本属于不同类别的概率值。
在此基础上,通过计算每个聚类中心的权值,并对每个数据样本属于不同类别的概率进行调整,以达到数据样本的合理分类。
二、应用场景模糊 c 均值聚类算法的应用范围较广,主要包括:1.多类别分类:在多类别分类中,不同的类别往往具有比较明显的特征区别,但是存在一些数据样本的特征存在重叠现象。
此时,模糊 c 均值聚类算法可以对这些数据样本进行合理分类。
2.图像分割:在图像分割过程中,一张图片包含了不同的对象,这些对象的特征往往具有一定的相似性。
模糊 c 均值聚类算法可以通过对这些相似的特征进行分类,实现对于图像的自动分割。
3.市场分析:在市场分析中,需要根据一定的统计规律,对市场中的产品进行分类。
模糊 c 均值聚类算法可以帮助市场研究人员实现对市场中产品的自动分析分类。
三、优缺点分析模糊 c 均值聚类算法相对于传统的聚类算法而言,其对于数据集中存在重叠现象具有一定的优越性,具体优缺点如下所示:1.优点:(1) 能够有效地解决重叠现象问题,在多类别数据分类和图像分割等领域具有比较好的应用前景。
(2) 通过迭代计算,能够实现对数据集的自动分类,自动化程度高。
2.缺点:(1) 算法的时间复杂度比较高,需要进行多次迭代计算,因此在数据量较大时,运算时间比较长。
(2) 模糊 c 均值聚类算法对于初始聚类中心的选择较为敏感,不同的聚类中心初始化可能会导致最终分类效果的不同。
模糊c均值聚类算法
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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
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模糊 c 均值聚类算法概述模糊 c 均值聚类算法是一种基于模糊逻辑的聚类算法,其通过将每个数据点分配到不同的聚类中心来实现数据的分组。
与传统的 k-means 算法相比,模糊 c 均值聚类算法在处理数据集特征模糊和噪声干扰方面表现更好。
本文将详细介绍模糊 c 均值聚类算法的原理、优点和缺点,以及其在实际应用中的一些场景和方法。
原理模糊 c 均值聚类算法基于模糊集合理论,将每个数据点分配到不同的聚类中心,而不是像 k-means 算法一样将数据点硬性地分配到最近的聚类中心。
算法的核心是定义每个数据点属于每个聚类中心的权重,即模糊度。
具体而言,模糊 c 均值聚类算法的步骤如下:1.初始化聚类中心。
从输入数据中随机选择一些数据作为初始聚类中心。
2.计算每个数据点到每个聚类中心的距离。
可以使用欧氏距离或其他距离度量方法。
3.根据距离计算每个数据点属于每个聚类的模糊度。
模糊度是一个介于 0 和1 之间的值,表示某个数据点属于某个聚类的程度。
4.更新聚类中心。
根据数据点的模糊度重新计算每个聚类的中心位置。
5.重复步骤 2、3 和 4,直到聚类中心的位置不再发生明显变化或达到预定的迭代次数。
优点模糊 c 均值聚类算法相比传统的 k-means 算法具有以下优点:1.模糊度。
模糊 c 均值聚类算法可以为每个数据点分配一个模糊度值,这样可以更好地应对数据集中的噪声和模糊性。
而 k-means 算法仅将数据点硬性分配到最近的聚类中心。
2.灵活性。
模糊 c 均值聚类算法中的模糊度可以解释某个数据点同时属于多个聚类的情况,这在一些实际应用中可能是具有意义的。
3.鲁棒性。
模糊 c 均值聚类算法对初始聚类中心的选择相对不敏感,因此在大多数情况下能够获得较好的聚类结果。
缺点虽然模糊 c 均值聚类算法具有许多优点,但也存在一些缺点:1.计算复杂度。
模糊 c 均值聚类算法需要在每个迭代步骤中计算每个数据点与每个聚类中心的距离,这导致算法的计算复杂度较高。
利用模糊ISODATA方法进行模糊C均值聚类python实现

利⽤模糊ISODATA⽅法进⾏模糊C均值聚类python实现不确定性计算作业⼆模糊c-均值聚类⼀.算法描述模糊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。
模糊聚类分析作为⽆监督机器学习的主要技术之⼀,是⽤模糊理论对重要数据分析和建模的⽅法,建⽴了样本类属的不确定性描述,能⽐较客观地反映现实世界,它已经有效地应⽤在⼤规模数据分析、数据挖掘、⽮量量化、图像分割、模式识别等领域,具有重要的理论与实际应⽤价值,随着应⽤的深⼊发展,模糊聚类算法的研究不断丰富。
⼆.数据描述使⽤给定数据glasscaled.txt三.算法参数输⼊:属性矩阵输出:分类结果四.实验流程1. 取定c (2< c < n),取初值 U (0)属于M fc (U (0)为C 模糊划分矩阵),逐步迭代2. 计算聚类中⼼()()()11()/()n n l l r l ri ij j ij j j v uxu ===∑∑3. 按如下⽅法更新U (l)4. ⽤⼀个矩阵范数⽐较()l U 与(1)l U +。
对取定的ε,若五.实验结果六.讨论模糊聚类分析作为⽆监督机器学习的主要技术之⼀,是⽤模糊理论对重要数据分析和建模的⽅法,建⽴了样本类属的不确定性描述,能⽐较客观地反映现实世界,它已经有效地应⽤在⼤规模数据分析、数据挖掘、⽮量量化、图像分割、模式识别等领域,具有重要的理论与实际应⽤价值,随着应⽤的深⼊发展,模糊聚类算法的研究不断丰富。
模糊C均值聚类算法及实现(最新整理)
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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。
图像模糊C均值聚类分割代码
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图像模糊C均值聚类分割代码%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 主函数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function mainima = imread('MR6.jpg');% 先设定FCM的⼏个初始参数options=[2; % FCM公式中的参数m100; % 最⼤迭代次数1e-5]; % ⽬标函数的最⼩误差class_number = 4; % 分为4类imt = ImageSegmentation(ima,class_number,options)subplot(1,2,1),imshow(ima),title('原图');subplot(1,2,2),imshow(imt); %显⽰⽣成的分割的图像kk = strcat('分割成',int2str(class_number),'类的输出图像');title(kk); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ImageSegmentation()函数:实现聚类分割图像% 输⼊:file为灰度图像⽂件 cluster_n为聚类类别个数 options为预设的初始参数% 输出分割后的图像%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function imt = ImageSegmentation(file, cluster_n, options)ima = file;I = im2double(file);[x,y] = size(ima);number = x * y; % 图像的元素个数numel(I)data = reshape(I,number,1); %将矩阵元素转换为⼀列数据[center, U] = FCMprocess(data,cluster_n,options); %调⽤FCMData函数进⾏聚类% 对于每个元素对不同聚类中⼼的⾪属度,找出最⼤的那个⾪属度maxU = max(U); % 找出每⼀列的最⼤⾪属度temp = sort(center);for i = 1:cluster_n; % 按聚类结果分割图像% 前⾯求出每个元素的最⼤⾪属度,属于各聚类中⼼的元素坐标,并存放这些坐标% 调⽤eval函数将括号⾥的字符串转化为命令执⾏eval(['class_',int2str(i), '= find(U(', int2str(i), ',:) == maxU);']);%gray = round(255 * (i-1) / (cluster_n-1));index = find(temp == center(i));switch indexcase1gray = 0;case cluster_ngray = 255;otherwisegray = fix(255*(index-1)/(cluster_n-1));endeval(['I(class_',int2str(i), '(:))=', int2str(gray),';']);end;imt = mat2gray(I); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ⽤于计算聚类中⼼、⾪属度矩阵和⽬标函数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function [center, U] = FCMprocess(data, cluster_num, options)%data为聚类数据,cluster_num为类别数m = options(1); % 参数mmax_iteration = options(2); % 最终的迭代次数min_deviation = options(3); % 最⼩判别误差data_number = size(data, 1); % 元素个数obj_function = zeros(max_iteration, 1); % obj_function⽤于存放⽬标函数的值% ⽣成⾪属度矩阵UU = rand(cluster_num, data_number); % 随机⽣成⾪属度矩阵UsumU = sum(U,1); % 计算U中每列元素和for k = 1:data_numberU(:,k) = U(:,k) ./ sumU(k); % 对⾪属矩阵U进⾏归⼀化处理endfor i = 1:max_iteration[U, center, obj_function(i)] = FCMStep(data, U, cluster_num, m); %调⽤FCMStep函数进⾏迭代fprintf('第%d次迭代, ⽬标函数值为%f\n', i, obj_function(i));% 检查迭代终⽌条件if i > 1,if abs(obj_function(i) - obj_function(i-1)) < min_deviationbreak;endendend%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 该函数⽤于每次迭代过程function [newU,center,obj_function] = FCMStep(data, U, cluster_num, m)% data为被聚类数据,U为⾪属度矩阵,cluster_num为聚类类别数,m为FCM中的参数m% 函数调⽤后得到新的⾪属度矩阵newU,聚类中⼼center,⽬标函数值obj_function %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 以下是计算模糊⾪属度Ut[x,y] = size(U);A = ones(x,y);a = 0.85;Ut = abs(A - U -(A - (U).^a).^(1/a));Ud = U + Ut;[j,k,l] = size(data);pp = y;pai = (sum(Ut,2)) ./pp;obj = sum(pai.*exp(1-pai)); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Ud = U;% obj = 0;nf = Ud;mf = Ud.^m; % FMC中的U^m% center = nf*data./((ones(size(data, 2), 1)*sum(nf'))'); % 得到聚类中⼼data1 = zeros(x,y);data1(1,:) = data';data1(2,:) = data';data1(3,:) = data';data1(4,:) = data';% data1(5,:) = data';center = sum(nf.*data1,2)./sum(nf,2); % 得到聚类中⼼dist = Distance(center, data); % 调⽤myfcmdist函数计算聚类中⼼与被聚类数据的距离obj_function = sum(sum((dist.^2).*mf))+obj; % 得到⽬标函数值tmp = dist.^(-2/(m-1)); % 如果迭代次数不为1,计算新的⾪属度矩阵newU = tmp./(ones(cluster_num, 1)*sum(tmp)); % U_new为新的⾪属度矩阵%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Distance()函数⽤于计算聚类中⼼与被聚类数据的距离% center为聚类中⼼,data为被聚类数据,输出各元素到聚类中⼼的距离out %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function out = Distance(center, data)data_number = size(data,1);class_number = size(center, 1);kk = ones(data_number,1); % 构造与数据⼤⼩相同的全1矩阵kkout = zeros(class_number, data_number);if size(center, 2) > 1, %若类别数⼤于1for k = 1:class_numberout(k, :) = sqrt(sum(((data - kk...*center(k,:)).^2)'));endelse % data为⼀维数据for k = 1:class_numberout(k, :) = abs(center(k) - data)';endend。
模糊c均值聚类方法(一)

模糊c均值聚类方法(一)模糊C均值聚类方法(Fuzzy C-Means Clustering Methods)简介模糊C均值聚类方法是一种基于模糊理论的聚类算法,它能够对数据集进行划分并确定每个数据点属于每个聚类的隶属度。
与传统的C 均值聚类方法相比,模糊C均值聚类方法能够更好地处理数据的不确定性和模糊性。
原理定义假设有一个包含n个数据点的数据集X = {x1, x2, …, xn},其中每个数据点x所属的聚类集合表示为U = {u(ij)},其中i表示数据点的索引,j表示聚类的索引。
在模糊C均值聚类方法中,聚类中心被表示为C = {c1, c2, …, ck},其中k表示聚类的数量。
每个数据点x(i)到各个聚类中心的隶属度u(ij)满足以下约束条件:1.u(ij) >= 02.sum(u(ij)) = 1 for all i目标函数模糊C均值聚类方法通过最小化以下目标函数来确定聚类中心和隶属度:J = sum(sum(u(ij)^m * ||x(i) - c(j)||^2))其中,m是一个控制聚类模糊程度的参数,通常取大于1的值。
算法步骤1.初始化隶属度矩阵U和聚类中心矩阵C。
2.对每个数据点x(i),计算其到每个聚类中心c(j)的隶属度u(ij)。
3.更新聚类中心矩阵C,计算每个聚类中心c(j)的新值。
4.如果聚类中心矩阵C的变化小于设定的阈值,跳转到步骤6;否则,跳转到步骤2。
5.输出聚类结果。
6.结束。
变体方法模糊C均值聚类方法有许多变体,下面介绍几种常见的变体方法:FCMFCM(Fuzzy C-Means)是模糊C均值聚类方法的最经典版本。
它通过在目标函数中引入欧氏距离来衡量数据点与聚类中心之间的相似度。
PCMPCM(Possibilistic C-Means)是一种允许数据点以不确定的隶属度属于多个聚类的模糊聚类方法。
它通过引入一个置信度变量来衡量每个数据点到每个聚类的归属程度。
模糊c-均值聚类算法

模糊c-均值聚类算法模糊c-均值聚类算法聚类算法是机器学习领域中的一种非监督学习算法,其目的是将数据集中的数据分成不同的类别。
聚类是一项重要的数据分析技术,对于数据挖掘、可视化和特征提取等领域都有着广泛的应用。
模糊c-均值聚类算法(FCM)是聚类算法中的一种方法,它允许一个数据点属于不同的类别的程度表示为一个0到1之间的值。
模糊c-均值聚类算法是基于c-均值聚类算法的一种改进,c-均值聚类算法是一种经典的划分聚类算法,它将样本集合非随机地分为c个类。
c-均值聚类算法的基本思想是通过计算一组质心(即类别的均值)来分离数据。
这个算法的主要问题是它仅适用于识别在分离超平面上紧密且凸形成团的类别,因此不能很好地处理重叠的类别。
对于数据集中的每个数据点,模糊c-均值聚类算法允许给出改数据点属于不同的类别的程度表示为一个概率值。
这是因为该算法使用的是一种模糊逻辑,即一种可以量化事物不确定性的逻辑,可以被用于处理数据模糊化的问题。
在模糊c-均值聚类算法中,样本之间的距离是通过一种模糊分割矩阵来表示的,该矩阵中每个元素表示一个样本属于一个类别的程度,可以使用分割矩阵计算每个样本属于每个类别的概率。
模糊c-均值聚类算法的优点是它可以自适应地划分数据,使得该算法可以更好地处理数据的重叠和模糊性。
此外,模糊c-均值聚类算法也支持将数据点分配到多个类别中,这可以很好地解决当数据不仅仅具有单一特征时的问题。
同样,该算法还可以被用于图像分割和空间分析等领域。
在实际应用中,模糊c-均值聚类算法通常需要设置一些参数,例如类别数量c、模糊指数m和迭代次数k等。
这些参数的不同取值对算法的结果产生影响,因此需要通过实验和调参来调整这些参数。
总结来说,模糊c-均值聚类算法是一种非常强大的数据聚类算法,其能力在于用概率表示每个数据点属于不同类别的程度。
该算法处理数据重叠和模糊性方面表现良好,并且可以应用到数据挖掘、图像处理和空间分析等领域。
模糊c均值聚类算法伪代码

模糊c均值聚类算法伪代码模糊C均值聚类(FCM)算法是一种聚类算法,它可以处理某些情况下不适合使用传统的硬聚类算法,例如K均值聚类算法。
FCM算法基于模糊逻辑并使得每个数据点可能属于多个聚类中心。
在本文中,我们将探讨FCM算法的伪代码以及实现细节。
1. 算法背景和目的在进行聚类分析时,我们通常会选择一些硬聚类算法。
例如,K均值算法是其中的一种。
然而,这种算法对于一些数据集效果并不好,这些数据集可能会出现需要更多的类别来划分数据的情况。
在这种情况下,FCM算法是更好的选择。
2. 算法伪代码FCM算法的伪代码如下:输入: 1. X (N维实数向量的数据集) 2. c (聚类数) 3. m (模糊度) 4. e (停止准则)输出: 1. U (每个数据点属于每个类的隶属度矩阵) 2. C (被创建的聚类簇)1. 初始化隶属度矩阵 U = {(u_ij)} u_ij = random value between 0 to 1, 且保证每行之和为12. 迭代更新聚类中心while not converged: 2.1 对任意类心的计算C = {(c1, c2, ..., cn)} ci = sum_j (u_ij^m * x_j) / sum_j (u_ij^m)2.2 对任意数据点的隶属度矩阵的计算U = {(u_ij)} u_ij = [(sum_k { ||x_i - c_j||^2 / ||x_i - c_k||^2} ^ 1/(m-1))]^-12.3 判断是否收敛if ||U - U_last||< e: converged = True else: U_last = U3. 结束返回return (C, U)3. 算法实现细节在实现FCM算法的时候,我们需要注意以下几个细节:1. 初始化U矩阵在FCM算法中,我们需要初始化隶属度矩阵U。
对于每个数据点,在每个类中赋一个初始隶属度值。
每个隶属度值必须在0和1之间,并且每行之和必须为1。
模糊C均值
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模式识别作业模糊C均值算法姓名:班级:学号:二零一一年十二月模糊C均值算法一、问题描述:设{x i,i=1,2,3,4……n}是n个样本组成的样本集合,C为预定的类别数目,m i,i=1,2,3,4……,c为每个聚类的中心,uj(xi)是第i 个样本对于第j类的隶属度函数。
用隶属度函数定义的聚类损失为:∑∑∑==-===c nmjxijcixiuJJ1j1i2 21 j||||)]([二、算法基本步骤模糊c均值的算法基本步骤如下:1、设定聚类的数目C和参数b2、初始化各个聚类中心mi3、重复下面的运算,直到各个样本的隶属度值稳定:●用当前的聚类中心计算隶属度函数:●用当前的隶属度函数更新计算各类聚类中心三、程序运行结果该算法,用Iris样本做为实验数据,求得它们各自的隶属度以及聚类中心与正确率,所求的结果如下:下面是该算法的实验结果截图四、程序源代码#include<stdio.h>#include<math.h>floatcalcu_uij(float [][6],float [][4],int,int);struct distance{float d;int n;}u[150][3];void calcu_u(float g[][4],float dat[][6],struct distance u[][3]) {inti,j;for(i=0;i<150;i++){for(j=0;j<3;j++){u[i][j].d=calcu_uij(dat,g,j+1,i);u[i][j].n=j+1;}}}floatcalcu_uij(float dat[][6],float g[][4],intk,int i){float m[3];int t;for(t=0;t<3;t++)m[t]=1/pow(pow(dat[i][1]-g[t][0],2)+pow(dat[i][2]-g[t][1],2)+pow(dat[i][3]-g[t][2],2)+pow(d at[i][4]-g[t][3],2),1/(b-1));return(m[k-1]/(m[0]+m[1]+m[2]));}void updateg(float g[][4],float dat[][6],struct distance u[][3]){inti,j;for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)updategij(i,j,g,dat,u);}}void updategij(inti,intj,float g[][4],float dat[][6],struct distance u[][3]){floatfenmu=0;floatfenzi=0;int n;for(n=0;n<150;n++){fenmu=pow(u[n][i].d,b)+fenmu;fenzi=pow(u[n][i].d,b)*dat[n][j+1]+fenzi;}g[i][j]=(fenzi/fenmu);}void result(struct distance u[][3],float g[][4]){inti,j,k;int c1,c2,c3;c1=c2=c3=0;struct distance temp;for(k=0;k<150;k++){for(i=0;i<=1;i++){for(j=i+1;j<=2;j++){if(u[k][j].d<u[k][i].d){temp=u[k][j];u[k][j]=u[k][i];u[k][i]=temp;}}}}for(k=0;k<150;k++){switch(u[k][2].n){case 1:{printf("第%3d 个样本是第%3d类隶属度:%3f\n",k+1,u[k][2].n,u[k][2].d);if(k>=0&&k<50)c1++;}break;case 2:{printf("第%3d 个样本是第%3d类隶属度:%3f\n",k+1,u[k][2].n,u[k][2].d);if(k>=50&&k<100)c2++;}break;case 3:{printf("第%3d个样本是第%3d 类隶属度:%3f\n",k+1,u[k][2].n,u[k][2].d);if(k>=100&&k<150)c3++;}break;}}printf("所求的样本值各类聚类中心为\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++){printf("%3f ",g[i][j]);}printf("\n");}printf("正确率为%f \n",(c1+c2+c3)/150.0);}void main() //主函数{inti,j;float g[3][4],dat[150][6];FILE *fp;if((fp=fopen("Iis.txt","r"))==NULL) //打开Iris样本集printf("error!\n");for(i=0;i<150;i++){for(j=0;j<6;j++)fscanf(fp,"%f",&dat[i][j]);}fclose(fp);g[0][0]=4.91;g[0][1]=3.01;g[0][2]=1.41;g[0][3]=0.21;g[1][0]=7.01;g[1][1]=2.71;g[1][2]=3.91;g[1][3]=1.41;g[2][0]=6.31;g[2][1]=3.01;g[2][2]=5.21;g[2][3]=2.31; //聚类中心初始化for(i=0;i<150;i++){calcu_u(g,dat,u);updateg(g,dat,u);}result(u,g);}。
fcm聚类算法python实现
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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。
模糊c均值聚类算法python
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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。
C均值聚类算法的Python实现

C均值聚类算法的Python实现class pattern:x=0y=0def __init__(self,x,y):self.x=xself.y=ydef dis(a,b):return ((a.x-b.x)*(a.x-b.x)+(a.y-b.y)*(a.y-b.y))**0.5eps=0.00001maxn=1000050inf=4000000000000000000print("请输⼊需要将模式分为的类别数 c :")c=input()c=int(c)print("请输⼊模式总数 n :")n=input()n=int(n)print("请输⼊各模式的两个特征点:")a=[]b=[]for i in range(n):x,y=map(int,input().split())tmp=pattern(x,y)a.append(tmp)for i in range(c):tmp=pattern(a[i].x,a[i].y)b.append(tmp)ans=0while ans<c:cnt=[0]*maxnbelong=[-1]*maxnfor i in range(n):minn=4000000000000000000mini=-1for j in range(c):dis_to_center=dis(a[i],b[j])if dis_to_center<minn:minn=dis_to_centermini=jbelong[i]=minicnt[mini]=cnt[mini]+1sum=[]for i in range(c):tmp=pattern(0,0)sum.append(tmp)for i in range(n):sum[belong[i]].x+=a[i].xsum[belong[i]].y+=a[i].yprint(a[i].x,a[i].y,belong[i],sum[belong[i]].x,sum[belong[i]].y)ans=0for i in range(n):print(i,"号点",a[i].x,a[i].y)for i in range(c):if cnt[i]!=0:sum[i].x=sum[i].x/cnt[i]sum[i].y=sum[i].y/cnt[i]if abs(sum[i].x-b[i].x)<eps and abs(sum[i].y-b[i].y)<eps:ans=ans+1b[i].x=sum[i].xb[i].y=sum[i].yif a[1].x!=1 or a[1].y!=0:print("i=",i)for i in range(n):print(i,"号点",a[i].x,a[i].y)print("C均值聚类算法已经完成!\n\nc个类中⼼分别为\n")for i in range(c):print("第",i+1,"类的聚类中⼼的两个特征值分别为",b[i].x,b[i].y)print()for i in range(c):print("属于第",i+1,"类的点有:")for j in range(n):if belong[j]==i:print(j+1,"号点",a[j].x,a[j].y)print()。
模糊聚类 相似度计算 python

模糊聚类相似度计算 python模糊聚类是指在聚类过程中考虑数据对象的相似性及其隶属度。
在模糊聚类中,相似度的计算是一个非常关键的步骤。
下面将分步骤阐述如何使用Python进行模糊聚类相似度计算。
1. 导入需要的库在使用Python进行模糊聚类相似度计算之前,需要先导入需要的库。
可以使用以下代码进行导入:```import numpy as npfrom sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity```其中,numpy库可以用来进行数值计算,而sklearn库中的cosine_similarity函数可以用来计算向量的余弦相似度。
2. 准备数据在进行相似度计算之前,需要准备好需要进行聚类的数据。
可以将数据存储在numpy的数组中。
以下是一个示例数据:```data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])```3. 计算相似度计算相似度是模糊聚类相似度计算的核心。
在模糊聚类中,向量之间的相似度通常使用余弦相似度进行计算。
通过使用sklearn库中的cosine_similarity函数,可以很容易地计算出向量之间的余弦相似度。
以下是一个示例代码:```similarity_matrix = cosine_similarity(data)```其中,similarity_matrix是一个numpy数组,存储了数据中向量的相似度信息。
4. 获取聚类结果通过计算相似度,可以得到一个相似度矩阵。
接下来需要根据相似度矩阵进行聚类。
在模糊聚类中,每个数据点都可以归属于多个簇。
有多种算法可以用来进行模糊聚类,如fuzzy c-means算法等。
不同的算法有不同的聚类结果。
这里不作具体阐述。
通过以上步骤,就可以使用Python进行模糊聚类相似度计算了。
需要注意的是,在进行聚类时,一定要根据具体情况选择合适的算法,以获得正确的聚类结果。
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模糊c均值聚类算法python
以下是Python实现模糊c均值聚类算法的代码:
python
import numpy as np
import random
class FuzzyCMeans:
def __init__(self, n_clusters=2, m=2, max_iter=100, tol=1e-4): self.n_clusters = n_clusters # 聚类数目
self.m = m # 模糊因子
self.max_iter = max_iter # 最大迭代次数
self.tol = tol # 中心点变化停止阈值
# 初始化隶属度矩阵
def _init_membership_mat(self, X):
n_samples = X.shape[0]
self.membership_mat = np.random.rand(n_samples, self.n_clusters)
self.membership_mat = self.membership_mat /
np.sum(self.membership_mat, axis=1)[:, np.newaxis]
# 更新聚类中心点
def _update_centers(self, X):
membership_mat_pow = np.power(self.membership_mat, self.m)
self.centers = np.dot(X.T, membership_mat_pow) /
np.sum(membership_mat_pow, axis=0)[:, np.newaxis]
# 计算隶属度矩阵
def _update_membership_mat(self, X):
n_samples = X.shape[0]
self.distances = np.zeros((n_samples, self.n_clusters))
for j in range(self.n_clusters):
self.distances[:, j] = np.linalg.norm(X-self.centers[j, :], axis=1) self.membership_mat = 1 / np.power(self.distances, 2/(self.m-1))
self.membership_mat = self.membership_mat /
np.sum(self.membership_mat, axis=1)[:, np.newaxis]
# 判断是否满足停止迭代的条件
def _check_stop_criteria(self):
return np.sum(np.abs(self.centers - self.old_centers)) < self.tol # 聚类过程
def fit(self, X):
self._init_membership_mat(X)
for i in range(self.max_iter):
self.old_centers = self.centers.copy()
self._update_centers(X)
self._update_membership_mat(X)
if self._check_stop_criteria():
break
# 预测样本所属的簇
def predict(self, X):
distances = np.zeros((X.shape[0], self.n_clusters))
for j in range(self.n_clusters):
distances[:, j] = np.linalg.norm(X-self.centers[j, :], axis=1) return np.argmin(distances, axis=1)
使用方法:
python
from sklearn.datasets import make_blobs
import matplotlib.pyplot as plt
X, y = make_blobs(n_samples=500, centers=3, random_state=42)
fcm = FuzzyCMeans(n_clusters=3)
fcm.fit(X)
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=fcm.predict(X))
plt.show()。