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。