请用Python实现数学建模课本第271页“聚类案例——我国各地区普通高等教育发展状况分析”。

时间: 2023-11-24 13:06:50 浏览: 88
为了实现该数学建模案例,我们需要安装一些必要的Python库,包括: - pandas:用于数据处理和分析; - numpy:用于科学计算和数值分析; - matplotlib:用于绘制图表。 可以通过以下命令安装这些库: ``` pip install pandas numpy matplotlib ``` 接下来,让我们开始实现该案例。 首先,我们需要导入必要的库: ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt ``` 然后,我们需要读取数据集并进行数据预处理。数据集可以从教材附带的光盘中获取,也可以从网上下载。本例中,我们假设数据集存储在名为“data.csv”的文件中。数据集包含了我国各省份的普通高等教育发展指标,包括高校数量、在校生数、毕业生数、师资力量、科研经费等。 ```python # 读取数据集 data = pd.read_csv('data.csv', encoding='gbk') # 数据预处理 data = data.drop(['地区'], axis=1) # 删除地区列 data = data.fillna(0) # 将缺失值填充为0 data = (data - data.mean()) / data.std() # 数据标准化 ``` 接下来,我们可以使用KMeans算法对数据进行聚类。KMeans算法是一种常见的聚类算法,它将数据集分为K个簇,使得每个簇内的数据点相似度最大,簇间的相似度最小。 ```python # 使用KMeans算法进行聚类 from sklearn.cluster import KMeans k = 3 # 设置簇的数量 kmeans = KMeans(n_clusters=k, random_state=0).fit(data) # 训练KMeans模型 labels = kmeans.labels_ # 获取每个数据点所属的簇编号 centers = kmeans.cluster_centers_ # 获取每个簇的中心点 ``` 最后,我们可以绘制散点图来展示聚类结果。 ```python # 绘制散点图 plt.scatter(data.iloc[:, 0], data.iloc[:, 1], c=labels) plt.scatter(centers[:, 0], centers[:, 1], marker='x', s=200, linewidths=3, color='r') plt.xlabel('指标1') plt.ylabel('指标2') plt.show() ``` 完整代码如下: ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 读取数据集 data = pd.read_csv('data.csv', encoding='gbk') # 数据预处理 data = data.drop(['地区'], axis=1) # 删除地区列 data = data.fillna(0) # 将缺失值填充为0 data = (data - data.mean()) / data.std() # 数据标准化 # 使用KMeans算法进行聚类 from sklearn.cluster import KMeans k = 3 # 设置簇的数量 kmeans = KMeans(n_clusters=k, random_state=0).fit(data) # 训练KMeans模型 labels = kmeans.labels_ # 获取每个数据点所属的簇编号 centers = kmeans.cluster_centers_ # 获取每个簇的中心点 # 绘制散点图 plt.scatter(data.iloc[:, 0], data.iloc[:, 1], c=labels) plt.scatter(centers[:, 0], centers[:, 1], marker='x', s=200, linewidths=3, color='r') plt.xlabel('指标1') plt.ylabel('指标2') plt.show() ``` 运行该代码,即可得到聚类结果的散点图。

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