多元统计分析之聚类分析
应用多元统计分析聚类分析
应用多元统计分析聚类分析多元统计分析是一种利用多个变量对数据进行综合分析的方法,通过对各个变量之间的关系进行分析,可以帮助我们了解数据的内在规律,揭示变量之间的相互作用,为问题的解决提供依据和参考。
其中,聚类分析是多元统计分析中的一种方法,它通过将样本数据划分为不同的组别,使得组内的样本之间相似度较高,组间的样本相似度较低,从而实现数据的分类和整理。
聚类分析的过程一般可分为以下几个步骤:1.确定聚类的目标与方法:在进行聚类分析之前,需要明确分析的目标,即希望把样本分成多少个组别,以及采用什么样的分析方法。
2.选择合适的变量和数据:聚类分析需要选择一些具有代表性的变量作为分析对象,并准备好相应的数据。
这些变量可以是数值型、名义型或顺序型的,但需要注意的是,不同类型的变量需要采用不同的距离度量。
3.计算样本间的距离:通过选择合适的距离度量方法,可以度量各个样本之间的相似度或距离,常用的距离度量方法有欧氏距离、曼哈顿距离和相关系数等。
4.执行聚类分析:根据选定的聚类方法,进行聚类分析。
常用的聚类方法有层次聚类和非层次聚类两种,其中层次聚类可以进一步分为凝聚聚类和分裂聚类等。
5.判断聚类结果的合理性:根据实际情况和问题要求,对得到的聚类结果进行合理性检验。
可以通过观察不同聚类组别内的样本特征和组间的差异度,评估聚类结果的合理性。
6.解释和应用聚类结果:根据聚类分析得到的结果,可以对分类的样本进行解释和应用。
例如,可以找到各个类别的典型样本,分析其特征和规律,为问题的解决提供参考和支持。
聚类分析在实际应用中具有很广泛的应用价值。
例如,在市场细分方面,可以利用聚类分析将消费者划分为不同的群体,有针对性地开展精准营销;在医药领域中,可以通过聚类分析将疾病患者划分为不同的病种,帮助医生进行诊断和治疗方案的选择;在社会科学研究中,可以利用聚类分析将受访者划分为不同的人群,通过对不同人群的特征分析,了解社会问题背后的机制和原因。
多元统计分析中的因子分析和聚类分析
在多元统计分析中,因子分析和聚类分析是两种常用的数据分析方法。
它们可以帮助我们理解数据中的潜在结构和相似性,从而揭示数据背后的规律和关系。
首先,让我们来了解一下因子分析。
因子分析是一种主成分分析方法,用于研究多个变量之间的相关性。
通过对原始数据进行因子提取,可以将一组相关的变量转换为少数几个无关的维度,这些维度被称为因子。
因子分析的核心思想是将一组相关的变量解释为共同的因素或维度,从而减少数据的复杂性。
因子分析可以帮助我们理解变量之间的内在结构,并找到隐藏在数据背后的影响因素。
聚类分析是一种无监督学习方法,用于将数据集中的对象划分为不同的群组。
聚类分析的目标是找到数据中的相似性并将其归类到同一组中。
聚类分析可以帮助我们识别数据中的模式和群组,并进行数据的分类和分析。
聚类分析可以基于数据的相似性进行聚类,也可以基于数据的距离进行聚类。
通过聚类分析,我们可以发现数据中的群组结构,并推断这些群组之间的关系。
因子分析和聚类分析在多元统计分析中扮演着不同的角色。
因子分析更侧重于变量之间的相关性和潜在结构,可以帮助我们理解变量之间的共同特征和因素。
聚类分析则更侧重于数据的相似性和群组结构,可以帮助我们找到数据中的模式和群组。
由于它们的不同特点和应用场景,因子分析和聚类分析常常被结合使用,以获得更全面的数据分析结果。
在实际应用中,因子分析和聚类分析可以用于许多领域。
在社会科学中,因子分析可以用于分析调查问卷数据,找到共同的问题维度和影响因素。
聚类分析可以用于市场细分和受众分析,帮助企业发现潜在的目标市场并制定相应的营销策略。
在医学研究中,因子分析可以用于分析疾病的症状和因素,聚类分析可以用于发现疾病的亚型和患者的分类。
综上所述,因子分析和聚类分析在多元统计分析中发挥着重要作用。
它们可以帮助我们理解数据中的潜在结构和相似性,并用于数据分类、模式识别和关联分析。
因子分析和聚类分析是数据分析中常用的工具,研究人员可以根据具体问题和数据特点选择合适的方法。
多元统计分析第九章 聚类分析
第9章 聚类分析9.1 引言俗话说:“物以聚类,人以群分”,在现实世界中存在着大量的分类问题。
例如,生物可以分成动物和植物,动物又可分为脊椎动物和无脊椎动物等;人按年龄可分为少年、青年、中年、老年,对少年的身体形态、身体素质及生理功能的各项指标进行测试,据此对少年又可进行分类;在环境科学中,我们可以对按大气污染的轻重分成几类区域;在经济学中,根据人均国民收入、人均工农业产值和人均消费水平等多项指标对世界上所有国家的经济发展状况进行分类;在产品质量管理中,要根据各产品的某些重要指标可以将其分为一等品,二等品等。
研究事物分类问题的基本方法有两种:一是判别分析,二是聚类分析。
若已知总体的类别数目及各类的特征,要对类别未知的个体正确地归属其中某一类,这时需要用判别分析法。
若事先对总体到底有几种类型无从知晓,则要想知道观测到的个体的具体的分类情况,这时就需要用聚类分析法。
聚类分析的基本思想:首先定义能度量样品(或变量)间相似程度(亲疏关系)的统计量,在此基础上求出各样品(或变量)间相似程度的度量值;然后按相似程度的大小,把样品(或变量)逐一归类,关系密切的聚集到一个小的分类单位,关系疏远的聚合到一个大的分类单位,直到所有的样品(或变量)都聚合完毕,把不同的类型一一划分出来,形成一个由小到大的分类系统;最后根据整个分类系统画出一副分群图,称之为亲疏关系谱系图。
聚类分析给人们提供了丰富多彩的分类方法,大致可归为:⑴系统聚类法:首先,将n 个样品看成n 类,然后将性质最接近的两类合并成一个新类,得到1 n 类,合并后重新计算新类与其它类的距离与相近性测度。
这一过程一直继续直到所有对象归为一类为止,并且类的过程可用一张谱系聚类图描述。
⑵动态聚类法(调优法):首先对n 个对象初步分类,然后根据分类的损失函数尽可能小的原则进行调整,直到分类合理为止。
⑶有序样品聚类法(最优分割法):开始将所有样品看成一类,然后根据某种最优准则将它们分割为二类、三类,一直分割到所需的K类为止。
多元统计分析 第5章 聚类分析
余弦相似性 Cosine Similarity
A document can be represented by thousands of attributes,
p (such as each recording the frequency of a particular word keywords) or phrase in the document. xi yi
feature mapping, ... Cosine measure: If d1 and d2 are two vectors (e.g., termfrequency vectors), then cos(d1, d2) = (d1 d2) /||d1|| ||d2|| ,
where indicates vector dot product, ||d||: the length of vector d
d1 = (5, 0, 3, 0, 2, 0, 0, 2, 0, 0) d2 = (3, 0, 2, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1) d1 d2 = 5*3+0*0+3*2+0*0+2*1+0*1+0*1+2*1+0*0+0*1 = 25 ||d1||= (5*5+0*0+3*3+0*0+2*2+0*0+0*0+2*2+0*0+0*0)0.5=(42)0.5 = 6.481 ||d2||= (3*3+0*0+2*2+0*0+1*1+1*1+0*0+1*1+0*0+1*1)0.5=(17)0.5 = 4.12 cos(d1, d2 ) = 0.94
应用多元统计分析第五章聚类分析
改进的方法:对数据进行标准化,然后再计算距离。
13
第十三页,讲稿共六十六页哦
采用明氏距离需要注意的是:
一定要采用相同量纲的变量。如果各变量 的量纲不同,或当各变量的量纲相同但各 变量的测量值相差悬殊时,不能直接采用 明氏距离。
需要先对数据进行标准化处理,然后再用 标准化处理后的数据计算距离。
最常用的标准化处理方法是:
Dk2p
nq nr
Dk2q
np nr
nq nr
D
2 pq
具体计算过程见参考书2p78-79 。
35
第三十五页,讲稿共六十六页哦
系统聚类法
类平均法——Between-groups Linkage 重心法虽有很好的代表性,但并未充分利用个样品的
信息,因此给出类平均法,它定义两类之间的距离平 方为这两类元素两两之间距离平方的平均,即:
3
第三页,讲稿共六十六页哦
聚类分析
由于不同的指标项对重要程度或依赖关系 是相互不同的,所以也不能用平均的方法, 因为这样会忽视相对重要程度的问题。 所以需要进行多元分类,即聚类分析。 最早的聚类分析是由考古学家在对考古分 类中研究中发展起来的,同时又应用于昆虫 的分类中,此后又广泛地应用在天气、生物 等方面。
聚类中选择变量的要求
和聚类分析的目标密切相关 反映了要分类对象的特征 变量之间不应该高度相关。
6
第六页,讲稿共六十六页哦
如何聚类?
聚类分析就是要找出具有相近程度的点或类聚为一类; 如何衡量这个“相近程度”? 一种方法是用相似系数,性质越接近的样品,它们的
相似系数的绝对值越接近1,而彼此无关的样品,它 们的相似系数的绝对值越接近于零。比较相似的样品 归为一类,不怎么相似的样品归为不同的类。 另一种方法是将一个样品看作p维空间的一个点,并在 空间定义距离,距离越近的点归为一类,距离较远的 点归为不同的类。
多元统计分析-聚类分析
多元统计分析-聚类分析聚类分析是⼀个迭代的过程对于n个p维数据,我们最开始将他们分为n组每次迭代将距离最近的两组合并成⼀组若给出需要聚成k类,则迭代到k类是,停⽌计算初始情况的距离矩阵⼀般⽤马⽒距离或欧式距离个⼈认为考试只考 1,2⽐较有⽤的⽅法是3,4,5,8最喜欢第8种距离的计算 欧式距离 距离的⼆范数 马⽒距离 对于X1, X2均属于N(u, Σ) X1,X2的距离为 (X1 - X2) / sqrt(Σ)那么不同的聚类⽅法其实也就是不同的计算类间距离的⽅法1.最短距离法 计算两组间距离时,将两组间距离最短的元素作为两组间的距离2.最长距离法 将两组间最长的距离作为两组间的距离3.中间距离法 将G p,G q合并成为G r 计算G r与G k的距离时使⽤如下公式 D2kr = 1/2 * D2kp + 1/2 * D2kq + β * D2pq β是提前给定的超参数-0.25<=β<=04.重⼼法 每⼀组都可以看成⼀组多为空间中点的集合,计算组间距离时,可使⽤这两组点的重⼼之间的距离作为类间距离 若使⽤的是欧⽒距离 那么有如下计算公式 D2kr = n p/n r * D2kp + n q/n r * D2kq - (n p*n q / n r*n r ) * D2pq5.类平均法 两组之间的距离 = 组间每两个样本距离平⽅的平均值开根号 表达式为D2kr = n p/n r * D2kp + n q/n r * D2kq6.可变类平均法 可以反映合并的两类的距离的影响 表达式为D2kr = n p/n r *(1- β) * D2kp + n q/n r *(1- β) * D2kq + β*D2pq 0<=β<17.可变法 D2kr = (1- β)/2 * (D2kp + D2kq) + β*D2pq8.离差平⽅和法 这个⽅法⽐较实⽤ 就是计算两类距离的话,就计算,如果将他们两类合在⼀起之后的离差平⽅和 因为若两类本⾝就是⼀类,和本⾝不是⼀类,他们的离差平⽅和相差较⼤ 离差平⽅和:类中每个元素与这⼀类中的均值距离的平⽅之和 若统⼀成之前的公式就是 D2kr = (n k + n p)/(n r + n k) * D2kp + (n k + n q)/(n r + n k) -(n k)/(n r + n k) * * D2pq⼀些性质 除了中间距离法之外,其他的所有聚类⽅法都具有单调性 单调性就是指每次聚类搞掉的距离递增 空间的浓缩和扩张 D(A)>=D(B) 表⽰A矩阵中的每个元素都不⼩于B D(短) <= D(平) <= D(长) D(短,平) <= 0 D(长,平) >= 0 中间距离法⽆法判断。
多元统计分析 系统聚类(方法+步骤+分析 总结)
关于啤酒聚类的分析:一、实验步骤:1.在SPSS中选择分析-分类-系统聚类,在主界面中,将热量、纳、酒精、价格导入变量框中,分群中选择个案,啤酒名导入到标注个案中,输出框中选择统计量和图2.点击“统计量”,选择“合并进程表”,在聚类成员框中选择单一方案,聚类数输入4,点击继续3.点击“绘制”,选择“树状图”,在冰柱及方向框中为默认值,点击继续4.点击“方法”,聚类方法选择“组间联接”,区间选择Euclidean距离,标准化中选择Z得分,点击继续45.点击“保存”,选择单一方案,聚类数设置为二、输出结果:聚类表含义:在第一步,将1和17聚成一类,第二步将1和17的总体和11并在一起,在进行分类时,当后面的首次出现阶群集为0时,前面的群集组合为一类,当后面的首次出现不为0时,需按首次出现向前寻找,进行聚类,以此类推。
2. 冰柱图在分成19类时,17和1并在一起;分成18类时,11、17、1并在一起。
当分成四类时,在纵坐标等于4时画一条横线,四类分别为19/16,13/12/10/20/9,14/15/5/4,7/3/2/18/8/6/11/17/1。
.3. 树状图* * * * * * * * * * * * * * * * * * * H I E R A R C H I C A L C L U S T E R A N A L Y S I S * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Dendrogram using Ward MethodRescaled Distance Cluster CombineC A S E 0 5 10 15 20 25 Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+Budweiser 1 -+Hamms 17 -+-----+Coors 11 -+ +-+Strchsbohemi 8 -+---+ | |Heilemans 18 -+ +-+ +-------------------------------+Milnaukee 6 -----+ | |Schlitz 2 ---+-+ | |Ionenbrau 3 ---+ +---+ +-------+ Aucsberger 7 -----+ | | Heineken 5 -+ | | Kkirin 15 -+-----+ | | Kronensourc 4 -+ +---------------------------------+ | Secrs 14 -------+ | Miller-lite 9 -+-+ | Schlite 20 -+ +-+ | Sudeiser 10 ---+ +-----------+ | Coorslicht 12 ---+-+ +-------------------------------+ Michelos 13 ---+ |Pabst 16 -----+-----------+Olympia 19 -----+在树状图中,分成四类处画一条竖线,得到结果和冰柱图相同。
多元统计分析课件第五章_聚类分析
止。如果某一步距离最小的元素不止一个,则对应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ些
最小元素的类可以同时合并。
【例5.1】设有六个样品,每个只测量一个指标,分别是1, 2,5,7,9,10,试用最短距离法将它们分类。
(1)样品采用绝对值距离,计算样品间的距离阵D(0) ,见 表5.1
一、系统聚类的基本思想
系统聚类的基本思想是:距离相近的样品(或变量)先聚成 类,距离相远的后聚成类,过程一直进行下去,每个样品 (或变量)总能聚到合适的类中。系统聚类过程是:假设总 共有n个样品(或变量),第一步将每个样品(或变量)独 自聚成一类,共有n类;第二步根据所确定的样品(或变量) “距离”公式,把距离较近的两个样品(或变量)聚合为一 类,其它的样品(或变量)仍各自聚为一类,共聚成n 1类; 第三步将“距离”最近的两个类进一步聚成一类,共聚成n 2类;……,以上步骤一直进行下去,最后将所有的样品 (或变量)全聚成一类。为了直观地反映以上的系统聚类过 程,可以把整个分类系统画成一张谱系图。所以有时系统聚 类也称为谱系分析。除系统聚类法外,还有有序聚类法、动 态聚类法、图论聚类法、模糊聚类法等,限于篇幅,我们只 介绍系统聚类方法。
在生物、经济、社会、人口等领域的研究中,存在着大量量 化分类研究。例如:在生物学中,为了研究生物的演变,生 物学家需要根据各种生物不同的特征对生物进行分类。在经 济研究中,为了研究不同地区城镇居民生活中的收入和消费 情况,往往需要划分不同的类型去研究。在地质学中,为了 研究矿物勘探,需要根据各种矿石的化学和物理性质和所含 化学成分把它们归于不同的矿石类。在人口学研究中,需要 构造人口生育分类模式、人口死亡分类状况,以此来研究人 口的生育和死亡规律。
多元统计聚类分析方法实例
多元统计聚类分析方法实例
一、概述
多元统计聚类分析是一种建立数据从不同特征维度上的理解和描述的
方法。
它是通过对多维数据进行聚类分析,将具有共同特征的不同数据项
归纳到一组中,以便进一步分析和解释这些数据项之间的相似性和差异性,从而达到更深入地理解和把握数据特征的目的。
二、基本多元统计聚类分析步骤
1、数据准备
首先,在开始进行多元统计聚类分析之前,需要准备足够的数据,以
便进行模型的建立和应用。
在进行数据准备时,要注意把握数据的准确性,避免数据准备过程中的错误,以保证后续步骤正确的进行。
2、聚类分析
在进行聚类分析时,需要根据实际的数据情况,确定聚类的参数,并
计算不同类簇之间的距离,作为聚类的依据。
在此过程中,要根据聚类的
具体目的,采用相应的聚类分析方法,以便达到更理想的聚类效果。
3、聚类评价
接下来,需要对聚类结果进行评价,以识别聚类的质量和准确性,并
可以根据评价结果,对聚类的方法和参数进行调整,以获得更理想的聚类
结果。
4、聚类结果应用
最后,在聚类分析完成后,可以将聚类结果应用到实际的问题中,以获得有效的决策依据。
《多元统计分析》第四章 聚类分析
G1
G2
G3
G4
G5
G1
0
G2
1
0
G3
5
4
0
G4
7
6
2
0
G5
10
9
5
3
0
G6=G1∪G2={1,2}。
6
G6
G3
G4
G5
G6
0
G3
4
0
G4
6
2
0
G5
9
5
3
0
G7=G3∪G4={6,8}。
x1:食品
x5:交通和通讯
x2:衣着
x6:娱乐教育文化服务
x3:家庭设备用品及服务 x7:居住
x4:医疗保健
x8:杂项商品和服务
分别用最短距离法、重心法和Ward方法对各地区作聚类分析。为同等
地对待每一变量,在作聚类前,先对各变量作标准化变换。
18
地区 北京 天津 河北 山西 内蒙古 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东
类与类之间的距离定义为两类最远样品间的距离,即
DKL
max
iGK , jGL
dij
最长距离法与最短距离法的并类步骤完全相同,只是递推公式不同。
10
最长距离法的递推公式
DMJ maxDKJ , DLJ
11
最长距离法容易被异常值严重地扭曲。
12
3.类平均法
有两种定义。
xi*
xi
xi sii
《多元统计分析》第四章 聚类分析
类与类之间的距离定义为两类最远样品间的距离,即
DKL
max
iGK , jGL
dij
最长距离法与最短距离法的并类步骤完全相同,只是递推公式不同。
10
最长距离法的递推公式
DMJ maxDKJ , DLJ
11
最长距离法容易被异常值严重地扭曲。
12
3.类平均法
有两种定义。
记G1={1},G2={2},G3={6},G4={8},G5={11},样品间采用绝对值 距离。
G1
G2
G3
G4
G5
G1
0
G2
1
0
G3
5
4
0
G4
7
6
2
0
G5
10
9
5
3
0
G6=G1∪G2={1,2}。
6
G6
G3
G4
G5
G6
0
G3
4
0
G4
6
2
0
G5
9
5
3
0
G7=G3∪G4={6,8}。
xi*
xi
xi sii
,
i 1, 2,, p
其中 xi 和sii分别为xi的样本均值和样本方差。
4
绝对值距离
v
p
d x, y xi yi
i 1
v 常被形象地称作“城市街区”距离,
当我们对某城市(需考虑彼此之间
路程)的位置点进行聚类时,使用
绝对值距离一般是合适的。
5
马氏距离
3
《多元统计分析》
4.2 距离Байду номын сангаас相似系数
多元统计分析聚类分析
变量之间的聚类即 R 型聚类分析,常用相似 系数来测度变量之间的亲疏程度。而样品之 间的聚类即 Q 型聚类分析,则常用距离来测 度样品之间的亲疏程度。
注:变量聚类放到因子分析后面
1、定义距离的准则
定义距离要求满足第 i 个和第j 个样品之间的距离如下四 个条件(距离可以自己定义,只要满足距离的条件
k 1
p
xik x jk xik x jk
这是一个自身标准化的量,由于它对大 的奇异值不敏感,这样使得它特别适合于高 度偏倚的数据。虽然这个距离有助于克服明 氏距离的第一个缺点,但它也没有考虑指标 之间的相关性。
(4)马氏距离 这是印度著名统计学家马哈拉诺比斯 (P.C.Mahalanobis)所定义的一种距离,其计 算公式为:
其中
ij
k 1 p
xi )( x jk x j )
2 p 2
( x jk x j ) ] [ k ( x x ) ][ ik i 1 k 1
(2)夹角余弦
夹角余弦时从向量集合的角度所定义的一种测度变 量之间亲疏程度的相似系数。设在n维空间的向量
xi x1i , x2i ,, xni
dij (xi x j ) (xi x j )
2 1
分别表示第 i个样品和第 j样品的p指标观测值所组 成的列向量,即样本数据矩阵中第 i个和第j个行向 量的转置,表示观测变量之间的协方差短阵。在 实践应用中,若总体协方差矩阵 未知,则可用样 本协方差矩阵作为估计代替计算。
马氏距离又称为广义欧氏距离。显然,马氏距离与上 述各种距离的主要不同就是马氏距离考虑了观测变量之间 的相关性。
d A (U ) 2 d B (U ) 2
多元统计分析聚类分析
[ ( xi xi ) ][ ( xj x j ) ]
2 2
n
n
1
1
相似矩阵
第三节 八种系统聚类方法
(hierarchical clustering method)
系统聚类法是诸聚类分析方法中使用最多 的一种,按下列步骤进行:
将n个样品各作为一类
计算n个样品两两之间的距离,构成距离矩阵 合并距离最近的两类为一新类 计算新类与当前各类的距离。再合并、计算 ,直至只有一类为止
如果在某一步将类Gp与Gq类合并为Gr,任一类Gk和新 Gr的距离公式为:
当
时,由初等几何知就是上面三角形的中线。
D2(0)
G1={X1}
G1
0
G2
G3
G4
G5
G2={X2}
G3={X3} G4={X4} G5={X5}
1
6.25 36 64
0
2.25 25 49 0 12.25 30.25 0 4 0
(2)相似系数
研究样品间的关系常用距离,研究指标( 变量)间的关系常用相似系数。 相似系数常用的有:夹角余弦与相关系数
2、对指标(变量)分类(R型)
相似系数的定义
夹角余弦(Cosine)
相似矩阵
变量间相似矩阵
相关系数
ij
( x x )( x x )
1 i i j j n
64
49
30.25
4
0
D2(1)
G6
G3 0
G4
G5
G6={X1, X2}
G3={X3}
0
4
={X4}
G5={X5}
30.25
56.25
多元统计学第七讲聚类分析
– 数值特性:变量值是用连续的量来度量的。如长 度、重量、压力等。
– 对于不同类型的变量在定义距离相似测度时有很 大的差异。这里主要研究的是具有数值特性的变 量的聚类分析方法。
数据变换处理
– 原因:实际应用所使用的样本资料中,由于不同的变量具 有不同的计量单位(或量纲),并且具有不同的数量级, 为了使具有不同计量单位和数量级的数据能够放在一起进 行比较分析,通常都要对数据进行变换处理。
类平均法
可变类平均法
可变法
离差平方和法
离差平方和法
系统聚类分析方法的统 一公式
• 出发点:上述聚类方法的并类原则和步骤是完 全一样的,所不同的是类与类之间的距离公式 有不同的定义,从而得到不同的递推公式。 1969年维希特提出了统一的公式,这为编制统 一的计算机程序提供了极大的方便性。
剩余信息的剔除
聚类分析概述 距离与相似系数 系统聚类分析方法 系统聚类分析应用举例
第一节 聚类分析概述
多元统计分析中的分类方 法
聚类分析的涵义 聚类分析方法
多元统计分析中的分类 方法
一类:
– 研究对象存在事先分类情况下,判断某个 未知样品的归类
一类:
– 研究对象不存在事先分类情况下,进行数 据结构的分类
聚类分析的涵义
– 涵义:所谓数据变换,就是将原始数据矩阵中的各个变量 值,按照某种特定的运算把它变换成为一个新值,而且数 值的变换不依赖于原始数据中其他变量的新值。
– 方法:
– 中心化变换 – 规格化变换(极差正规化) – 标准化变换 – 对数变换 – 其他方法
中心化变换方法
规格化变换(极差正规 化)
多元统计分析——聚类分析
多元统计分析——聚类分析多元统计分析中的聚类分析(Cluster Analysis)是一种将相似的个体或对象归为一类的数据分析方法。
聚类分析的目的是通过寻找数据中的相似性来识别或发现存在的模式和结构,可以帮助我们理解和解释数据中的复杂性。
聚类分析在许多领域中都得到了广泛的应用,例如市场细分、社会学、生物学、医学等。
聚类分析的基本原理是将数据样本根据其相似性归为不同的组或类。
相似性可以通过计算数据之间的距离或相似度来度量。
常用的距离度量方法有欧氏距离、曼哈顿距离、闵可夫斯基距离等,相似度度量方法有相关系数、夹角余弦等。
在聚类分析中,我们通常将相似的样本放在同一类别中,不相似的样本放在不同类别中。
聚类分析可以分为两种类型:层次聚类和划分聚类。
层次聚类是一种将数据样本分层次地组织成树状结构的聚类方法。
划分聚类则是将数据样本划分为预先确定的K个不重叠的类的聚类方法。
其中最常用的层次聚类算法有聚合法和分裂法,最常用的划分聚类算法是K均值算法。
聚类分析的基本步骤包括数据准备、相似度度量、类别划分和结果解释。
在数据准备阶段,需要选择合适的变量和样本。
相似度度量是聚类分析的核心,不同的距离或相似性度量方法可能会导致不同的聚类结构。
类别划分可以根据层次聚类算法或划分聚类算法来进行。
结果解释则是对聚类结果进行分析和解释,常用的方法包括聚类矩阵、平均距离图、树状图等。
聚类分析的优势在于能够帮助我们理解数据中的结构和模式,发现数据中的共性和差异性。
聚类分析可以为我们提供有关样本之间的关系和特征的重要信息。
此外,聚类分析还可以帮助我们进行市场细分和目标市场选择、发现新的疾病群和药物靶点等。
然而,聚类分析也存在一些局限性。
首先,聚类结果可能会受到初始聚类中心选择的影响。
其次,聚类结果的解释需要结合领域知识和专家判断,可能存在主观性。
此外,聚类分析对数据的样本大小和变量数目也有一定的要求,数据的维度增加会导致计算量的增加。
《多元统计分析》第三章聚类分析
图像处理
聚类分析可用于图像分割、目 标检测等任务,提高图像处理 的效率和准确性。
社交网络
通过聚类分析,可以发现社交 网络中的社区结构,揭示用户 之间的关联和互动模式。
聚类分析的常用方法
K-均值聚类
一种迭代算法,通过最小化每个簇内对象与簇质 心的距离之和来实现聚类。需要预先指定簇的数 量K。
DBSCAN
感谢聆听
聚类结果的优化方法
层次聚类法
通过不断合并或分裂簇来优化聚类结果,可以灵活处理不同形状 和大小的簇,但计算复杂度较高。
基于密度的聚类法
通过寻找被低密度区域分隔的高密度区域来形成簇,可以发现任意 形状的簇,但对参数敏感。
基于网格的聚类法
将数据空间划分为网格单元,然后在网格单元上进行聚类,处理速 度较快,但聚类精度受网格粒度影响。
一种基于密度的聚类方法,通过寻找被低密度区 域分隔的高密度区域来实现聚类。可以识别任意 形状的簇,且对噪声数据具有较强的鲁棒性。
层次聚类
通过计算对象之间的距离,逐步将数据集构建成 一个层次结构的聚类树。可以分为凝聚法和分裂 法两种。
谱聚类
利用图论中的谱理论进行聚类分析,将数据集中 的对象表示为图中的节点,节点之间的相似度表 示为边的权重。通过求解图的拉普拉斯矩阵的特 征向量来实现聚类。
药物发现
通过对化合物库进行聚类分析,研究人员可以发现具有相 似化学结构和生物活性的化合物,从而加速新药的发现和 开发过程。
生物信息学
在基因表达谱、蛋白质互作网络等生物信息学研究中,聚 类分析可以帮助研究人员发现基因或蛋白质之间的功能模 块和调控网络。
在社交网络中的应用案例
社区发现
聚类分析可用于识别社交网络中的社区结构,即具有相似兴趣、行为或属性的用户群体。 这有助于社交网络运营商为用户提供更加个性化的推荐和服务。
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5.点击【选项】,其中【单元格百分比】表示选 择输出哪些百分比;【百分比基于】表示指定 如何计算百分比,【个案】表示分母为个案数, 【响应】表示分母为多选项应答数;【跨响应 集匹配变量】表示,如果列联表的行列变量均 为多选项变量集,则第一个变量集的第一个变 量与第二个变量集的第一个变量作交叉分组, 第一变量集的第二个变量与第二个变量集的第 二个变量作交叉分组。
基本思路:
将问卷中的一道多选项问题分解成若干个问题,对应 设置若干个SPSS变量,分别存放描述这些问题的几个 可能被选择的答案。 一个多选项问题 关键环节 多个SPSS变量的分析
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分解的方法有两种:二分法和分类法
多选项二分法 将多选项问题中的每个答案设为一个SPSS变量,每个 变量只有0或1两个取值,分别表示不选择或选择该答 案。 将多选项问题分解成七个问题: (1)是使晚年生活有保障吗?
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实际应用中需要考虑两个方面:
是否便于分析; 是否丢失信息。
方法选择的原则:
对于所选答案具有一定顺序的多选项问题,一般采用 分类法分解,对于所选答案没有顺序的问题,一般采 用二分法分解。
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2、多选项问题作普通频数分析的困难
普通频数分析得到的结果:
表1 V1频数分析结果
、
表2 V2频数分析结果
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3、刻画分布形态的描述统计量
数据的分布形态主要指数据分布是否对称,偏 斜程度如何,分布陡峭程度等。 刻画分布形态的统计量主要有两种: (1)偏度(Skewness):描述变量取值分布形 态对称性的统计量。其计算公式为:
1 n 3 3 Skewness ( xi x) / n i 1
(年龄特征、职业特点、性别特征等)
3
二、频数分配表
基本内容: ● 频数(Frequency ):变量值落在某个区间(或某个类别)中
的次数。 ●百分比(Percent):各频数占总样本量的百分比。
●有效百分比(Valid Percent):
各频数占总有效样本量的百分比。 这里:有效样本量=总样本-缺失样本量 如果所分析的数据在频数分析变量上有缺失值,那么有效百分比更 能准确的反映变量的取值分布情况。 ●累计百分比(Cumulative Percent): 各百分比逐级累加起来的结果。最终取值为百分之百。
0/1 0/1 0/1
V6
V7
是保险公司的宣传吗?
是其他吗?
0/1
0/1
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多选项分类法
首先估计多选项问题最多可能出现的答案个数,然后, 为每个答案设置一个SPSS变量,变量取值为多选项问 题中的可选答案。
SPSS变量名
V1 V2 V3
变量名标签
第一原因 第二原因 第三原因
变量取值
1/2/3/4/5/6/7 1/2/3/4/5/6/7 1/2/3/4/5/6/7
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作业:利用商品房购买意向的数据,实 现以下目标: 1、使用多选项分类法分析被访者选择的 付款方式; 2、分析不同收入段被访者选择的付款方 式,生成多选项交叉表。
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第2节 数据的数字特征
本节基本内容: 1.刻画集中趋势的描述统计量 2.刻画离散程度的描述统计量 3.刻画分布形态的描述统计量 4.计算描述统计量的应用举例
(1)使晚年生活有保障;
(2)一种安全的投资保值方式; (3)抱着试试看的态度购买; (4)亲戚朋友推荐; (5)单位统一组织购买; (6)保险公司的宣传; (7)其他。
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问题2:您择业中考虑的主要因素有(限选三项) 1经济收入 3发展前途 5个人爱好 7劳动强度 9社会地位 2 专业对口 4地理区位 6风险大小 8社会福利 10其他
1 n Kurtosis ( xi x)4 / 4 3 n i 1
当数据分布与标准正态分布的陡峭程度相 同时,峰度值等于0;峰度大于0表示数据的分 布比标准正态分布更陡峭,为尖峰分布;峰度 小于0表示数据的分布比标准正态分布平缓, 为平峰分布。
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4. 计算基本描述统计量的操作
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三、应用举例:
案例1:为研究影响老年人购买养老保险 的因素,进行问卷调查。现要求根据所 获得的调查数据,分析老年人购买养老 保险的原因。
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多选项频数分析结果:
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案例2:为研究影响老年人购买养老保险的因 素,进行问卷调查。现要求根据所获得的调查 数据,分析不同工作单位性质人员购买养老保 险的原因。 分析:本例由于涉及工作单位性质和购买养老 保险原因两个方面,因此应采用多选项交叉分 组下的频数分析方法进行研究,即生成列联表。 其中设列联表的列变量为购买原因,行变量为 工作单位性质。
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多选项交叉分组下的频数分析的基本操作:
1.【分析】——【多重响应】——【交叉表】; 2.选择列联表的行变量并定义取值范围,或选择 多选项变量集为行变量; 3.选择列联表的列变量并定义取值范围,或选择 多选项变量集为列变量; 4.选择列联表的控制变量并定义取值范围,或选 择多选项变量集为控制变量;
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(4)均值标准误差(Standard Error of Mean):描述 样本均值与总体均值之间的平均差异程度的统计量。 其计算公式为:
S .E.of .Mean
其中:
2 ( x X )
M
2
[ x E ( x )]
M
n
为总体标准差,n为样本单位数
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2、刻画离散程度的描述统计量
4
三、统计图
包括: 条形图(柱形图):bar 直方图:histograms
区别:
适用于定性数据,用宽度相同的条形高度来表示数据 的多少。 适用于分组定量数据的描述,用矩形的宽度和高度表 示频数分布。可以附加正态分布曲线。
直方图适用于定量数据,而条形图适用于定性数据; 条形图中,条形的宽度相同,仅以条形高低反映频数的 差别;直方图中,矩形的高度和宽度有所不同。
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表3 V3频数分析结果
想要获得的理想结果:
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二、多选项分析的基本操作
多选项分析:【多重响应】功能 两步: 第一步,定义多选项变量集:即将多选项问题 分解并设置多个变量后,应指定这些变量为一 个集合。
【分析】 【分析】 【多重响应】 【多重响应】 【定义变量集】 【频数】
第二步,多选项频数分析
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1、刻画集中趋势的描述统计量
集中趋势: 是指一组数据向某一中心值靠拢的倾向。 (1)均值(Mean):即算术平均数,是反映 某变量所有取值的集中趋势或平均水平的指标。 如某企业职工的平均月收入。 其计算公式为:
1 x xi n i 1
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n
(2)中位数(Median): 即一组数据按升序排序后,处于中间位置上的 数据值。如评价社会的老龄化程度时,可用中 位数。 (3)众数(Mode): 即一组数据中出现次数最多的数据值。如生产 鞋的厂商在制定各种型号鞋的生产计划时应该 运用众数。
(1)选择菜单【分析】-【描述统计】- 【描述】,出现如下窗口:
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(2)将需计算的数值型变量选择到“变量”框 中。 (3)单击【选项】按钮指定计算哪些基本描述 统计量,出现如下窗口:
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在上面窗口中,用户可以指定分析多变量时结 果输出的次序(Display Order)。其中, Variable list表示按变量在数据窗口中从左到 右的次序输出;Alphabetic表示按字母顺序输 出;Ascending Means表示按均值升序输出; Descending Means表示按均值降序输出。 至此,SPSS便自动计算所选变量的基本描述统 计量并显示到输出窗口中。
离散程度: 一组数据远离其“中心值”的程度。 如果数据都紧密地集中在“中心值”的周围, 数据的离散程度较小,说明这个“中心值”对 数据的代表性好;相反,如果数据仅是比较松 散地分布在“中心值”的周围,数据的离散程 度较大,则此“中心值”说明数据特征是不具 有代表性的。
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常见的刻画离散程度的描述统计量如下: (1)全距(Range):也称极差,是数据的最 大值(Maximum)与最小值(Minimum) 之间的绝对离差。 (2)方差(Variance):也是表示变量取值离 散程度的统计量,是各变量值与算术平均数离 差平方的算术平均数。其计算公式为:
n 1 2 2 ( xi x) n i 1
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Байду номын сангаас
(3)标准差(Standard Deviation:Std Dev):表示变量取值距离均值的平均离散程 度的统计量。其计算公式为:
s
1 n 2 ( x x ) i n i 1
标准差值越大,说明变量值之间的差异越大, 距均值这个“中心值”的离散趋势越大。
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显然,答案不只一个。
高考填报志愿、居民储蓄 多选项问题
回答方式: 第一类,选择的答案有一定的先后顺序。
第二类,选择的答案没有先后顺序。
注意:问题本身的特点,采取不同的策略。
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一般步骤: 多选项问题分解
多选项频数分析
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1、多选项问题的分解
为什么要对多选项问题进行分解呢? 不同于单选项问题的一般处理方法,必须设置多个 SPSS变量。
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当分布为对称分布时,正负总偏差相等, 偏度值等于0;当分布为不对称分布时,正负 总偏差不相等,偏度值大于0或小于0。偏度值 大于0表示正偏差值大,称为正偏或右偏;偏 度值小于0表示负偏差值大,称为负偏或左偏。 偏度绝对值越大,表示数据分布形态的偏斜程 度越大。