Python实现谱聚类算法

时间: 2023-05-31 20:07:05 浏览: 65
谱聚类是一种基于图论的聚类方法,适用于非凸、非凹、不规则形状的数据集。其基本思想是将数据集看作图的顶点集合,根据顶点之间的相似性构建边权重矩阵,进而求解谱分解,得到特征向量。通过对特征向量进行聚类,即可得到数据集的聚类结果。 Python实现谱聚类算法的具体步骤如下: 1. 建立数据集的相似性矩阵,通常使用高斯核函数计算相似度: ``` def similarity_matrix(X, sigma=1): n_samples = X.shape[0] W = np.zeros((n_samples, n_samples)) for i in range(n_samples): for j in range(i+1, n_samples): d = np.linalg.norm(X[i] - X[j]) W[i, j] = np.exp(-d**2 / (2*sigma**2)) W[j, i] = W[i, j] return W ``` 2. 计算拉普拉斯矩阵,有两种方式: (1)标准拉普拉斯矩阵:$L = D - W$,其中$D$为度矩阵,$W$为相似性矩阵。 (2)对称归一化拉普拉斯矩阵:$L = I - D^{-1/2}WD^{-1/2}$。 ``` def laplacian_matrix(W, type='unnormalized'): n_samples = W.shape[0] D = np.diag(np.sum(W, axis=1)) if type == 'unnormalized': L = D - W elif type == 'symmetric': D_sqrt = np.sqrt(np.linalg.inv(D)) L = np.dot(np.dot(D_sqrt, (D - W)), D_sqrt) return L ``` 3. 对拉普拉斯矩阵进行谱分解,得到特征向量矩阵和特征值矩阵: ``` def spectral_decomposition(L, n_clusters): eigvals, eigvecs = np.linalg.eig(L) idx = eigvals.argsort() eigvecs = eigvecs[:, idx] eigvals = eigvals[idx] U = eigvecs[:, :n_clusters] return U ``` 4. 对特征向量进行KMeans聚类: ``` from sklearn.cluster import KMeans def spectral_clustering(X, n_clusters, sigma=1): W = similarity_matrix(X, sigma) L = laplacian_matrix(W, type='symmetric') U = spectral_decomposition(L, n_clusters) kmeans = KMeans(n_clusters=n_clusters) labels = kmeans.fit_predict(U) return labels ``` 完整代码: ``` import numpy as np from sklearn.cluster import KMeans def similarity_matrix(X, sigma=1): n_samples = X.shape[0] W = np.zeros((n_samples, n_samples)) for i in range(n_samples): for j in range(i+1, n_samples): d = np.linalg.norm(X[i] - X[j]) W[i, j] = np.exp(-d**2 / (2*sigma**2)) W[j, i] = W[i, j] return W def laplacian_matrix(W, type='unnormalized'): n_samples = W.shape[0] D = np.diag(np.sum(W, axis=1)) if type == 'unnormalized': L = D - W elif type == 'symmetric': D_sqrt = np.sqrt(np.linalg.inv(D)) L = np.dot(np.dot(D_sqrt, (D - W)), D_sqrt) return L def spectral_decomposition(L, n_clusters): eigvals, eigvecs = np.linalg.eig(L) idx = eigvals.argsort() eigvecs = eigvecs[:, idx] eigvals = eigvals[idx] U = eigvecs[:, :n_clusters] return U def spectral_clustering(X, n_clusters, sigma=1): W = similarity_matrix(X, sigma) L = laplacian_matrix(W, type='symmetric') U = spectral_decomposition(L, n_clusters) kmeans = KMeans(n_clusters=n_clusters) labels = kmeans.fit_predict(U) return labels ```

相关推荐

最新推荐

recommend-type

Python实现简单层次聚类算法以及可视化

主要为大家详细介绍了Python实现简单层次聚类算法以及可视化,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
recommend-type

Python用K-means聚类算法进行客户分群的实现

一、背景 1.项目描述 你拥有一个超市(Supermarket Mall)。通过会员卡,你用有一些关于你的客户的基本数据,如客户ID,年龄,性别,年收入和消费分数。 消费分数是根据客户行为和购买数据等定义的参数分配给客户的...
recommend-type

python实现mean-shift聚类算法

本文实例为大家分享了python实现mean-shift聚类算法的具体代码,供大家参考,具体内容如下 1、新建MeanShift.py文件 import numpy as np # 定义 预先设定 的阈值 STOP_THRESHOLD = 1e-4 CLUSTER_THRESHOLD = 1e-1 #...
recommend-type

python实现鸢尾花三种聚类算法(K-means,AGNES,DBScan)

主要介绍了python实现鸢尾花三种聚类算法(K-means,AGNES,DBScan),文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
recommend-type

python基于K-means聚类算法的图像分割

主要介绍了python基于K-means聚类算法的图像分割,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成

![实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/10eb2e6972b3b6086286fc64c0b3ee41.jpeg) # 1. 实时数据湖架构概述** 实时数据湖是一种现代数据管理架构,它允许企业以低延迟的方式收集、存储和处理大量数据。与传统数据仓库不同,实时数据湖不依赖于预先定义的模式,而是采用灵活的架构,可以处理各种数据类型和格式。这种架构为企业提供了以下优势: - **实时洞察:**实时数据湖允许企业访问最新的数据,从而做出更明智的决策。 - **数据民主化:**实时数据湖使各种利益相关者都可
recommend-type

用 Python 画一个可以动的爱心

好的,我可以帮助您使用Python来绘制一个动态的爱心。您可以使用turtle库来实现。以下是实现代码: ```python import turtle import math # 设置画布和画笔 canvas = turtle.Screen() canvas.bgcolor("black") pencil = turtle.Turtle() pencil.speed(0) pencil.color("red", "pink") pencil.pensize(3) # 定义爱心函数 def draw_love(heart_size, x_offset=0, y_offset=0):
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。