基于Kmeans、Kmeans++和二分K均值算法的图像分割代码

时间: 2023-10-31 12:08:18 浏览: 83
以下是基于Kmeans、Kmeans++和二分K均值算法的图像分割代码的实现: ```python import numpy as np import cv2 class Kmeans: def __init__(self, k=3, max_iter=10): self.k = k self.max_iter = max_iter def fit(self, X): self.centroids = X[np.random.choice(X.shape[0], self.k, replace=False)] for i in range(self.max_iter): distances = np.sqrt(((X - self.centroids[:, np.newaxis])**2).sum(axis=2)) self.labels = distances.argmin(axis=0) for j in range(self.k): self.centroids[j] = X[self.labels == j].mean(axis=0) class KmeansPlusPlus(Kmeans): def fit(self, X): self.centroids = np.zeros((self.k, X.shape[1])) self.centroids[0] = X[np.random.randint(X.shape[0])] for i in range(1, self.k): distances = np.sqrt(((X - self.centroids[:i, np.newaxis])**2).sum(axis=2)) probs = distances.min(axis=0) ** 2 / (distances.min(axis=0) ** 2).sum() self.centroids[i] = X[np.random.choice(X.shape[0], p=probs)] for i in range(self.max_iter): distances = np.sqrt(((X - self.centroids[:, np.newaxis])**2).sum(axis=2)) self.labels = distances.argmin(axis=0) for j in range(self.k): self.centroids[j] = X[self.labels == j].mean(axis=0) class BisectingKmeans: def __init__(self, k=3, max_iter=10): self.k = k self.max_iter = max_iter def fit(self, X): self.clusters = [np.arange(X.shape[0])] for i in range(self.k-1): max_sse = -1 for j, cluster in enumerate(self.clusters): kmeans = Kmeans(k=2, max_iter=self.max_iter).fit(X[cluster]) sse = ((X[cluster] - kmeans.centroids[kmeans.labels])**2).sum() if sse > max_sse: max_sse = sse max_cluster = j max_kmeans = kmeans self.clusters.pop(max_cluster) self.clusters.append(cluster[max_kmeans.labels == 0]) self.clusters.append(cluster[max_kmeans.labels == 1]) self.labels = np.zeros(X.shape[0]) for i, cluster in enumerate(self.clusters): self.labels[cluster] = i def image_segmentation(image_path, algorithm='kmeans', k=3, max_iter=10): image = cv2.imread(image_path) X = image.reshape(-1, 3) if algorithm == 'kmeans': kmeans = Kmeans(k=k, max_iter=max_iter).fit(X) segmented_image = kmeans.centroids[kmeans.labels].reshape(image.shape) elif algorithm == 'kmeans++': kmeans_plus_plus = KmeansPlusPlus(k=k, max_iter=max_iter).fit(X) segmented_image = kmeans_plus_plus.centroids[kmeans_plus_plus.labels].reshape(image.shape) elif algorithm == 'bisecting_kmeans': bisecting_kmeans = BisectingKmeans(k=k, max_iter=max_iter).fit(X) segmented_image = bisecting_kmeans.centroids[bisecting_kmeans.labels].reshape(image.shape) else: raise ValueError('Invalid algorithm.') return segmented_image ``` 该代码实现了三种不同的K均值算法:基本K均值、K均值++和二分K均值。在图像分割中,我们将图像的像素视为数据点,将其重新组织为一个二维数组,其中每行代表一个像素,每列代表该像素的颜色通道值。我们可以使用上述算法对这些数据点进行聚类,然后使用聚类中心的颜色通道值来对图像进行分割。 以下是使用该代码进行图像分割的示例: ```python import matplotlib.pyplot as plt image_path = 'example.jpg' # K均值算法 segmented_image = image_segmentation(image_path, algorithm='kmeans', k=3, max_iter=10) plt.imshow(segmented_image) plt.show() # K均值++算法 segmented_image = image_segmentation(image_path, algorithm='kmeans++', k=3, max_iter=10) plt.imshow(segmented_image) plt.show() # 二分K均值算法 segmented_image = image_segmentation(image_path, algorithm='bisecting_kmeans', k=3, max_iter=10) plt.imshow(segmented_image) plt.show() ```
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