粒kmeans聚类算法的代码

时间: 2023-05-26 10:06:56 浏览: 47
以下是粒kmeans聚类算法的Python代码: ```python import numpy as np from scipy.spatial.distance import cdist def generate_fuzzy_membership(data, centers, m): """ 生成模糊成员关系 :param data: 样本数据, shape为(n_samples, n_features) :param centers: 聚类中心, shape为(n_clusters, n_features) :param m: 模糊指数 :return: 模糊成员关系, shape为(n_samples, n_clusters) """ # 计算样本到聚类中心的距离 distance = cdist(data, centers) # 初始化模糊成员关系矩阵 membership = np.zeros((data.shape[0], centers.shape[0])) for i in range(data.shape[0]): for j in range(centers.shape[0]): # 根据公式计算模糊成员关系 u = np.power(distance[i, j]/distance[i], 2/(m-1)) membership[i, j] = 1/np.sum(u) return membership def generate_centers(data, membership, m): """ 生成新的聚类中心 :param data: 样本数据, shape为(n_samples, n_features) :param membership: 模糊成员关系, shape为(n_samples, n_clusters) :param m: 模糊指数 :return: 新的聚类中心, shape为(n_clusters, n_features) """ # 初始化聚类中心矩阵 centers = np.zeros((membership.shape[1], data.shape[1])) for j in range(membership.shape[1]): # 根据公式计算新的聚类中心 centers[j, :] = np.sum(np.power(membership[:, j], m).reshape((-1, 1))*data, axis=0)/np.sum(np.power(membership[:, j], m)) return centers def calculate_obj_func(data, centers, membership, m): """ 计算目标函数 :param data: 样本数据, shape为(n_samples, n_features) :param centers: 聚类中心, shape为(n_clusters, n_features) :param membership: 模糊成员关系, shape为(n_samples, n_clusters) :param m: 模糊指数 :return: 目标函数 """ # 计算样本到聚类中心的距离 distance = cdist(data, centers) return np.sum(membership**m*distance**2) def fuzzy_kmeans(data, n_clusters, m=2, max_iter=100, tol=1e-4): """ 粒kmeans聚类算法 :param data: 样本数据, shape为(n_samples, n_features) :param n_clusters: 聚类数量 :param m: 模糊指数, 默认值为2 :param max_iter: 最大迭代次数, 默认值为100 :param tol: 容差, 默认值为0.0001 :return: 聚类标签和聚类中心 """ # 初始化聚类中心 centers = data[np.random.choice(data.shape[0], size=n_clusters, replace=False), :] # 初始化模糊成员关系 membership = generate_fuzzy_membership(data, centers, m) # 初始化迭代次数 n_iter = 0 # 初始化目标函数 obj_func = calculate_obj_func(data, centers, membership, m) # 开始迭代 while n_iter < max_iter: # 生成新的聚类中心 new_centers = generate_centers(data, membership, m) # 计算新的模糊成员关系 new_membership = generate_fuzzy_membership(data, new_centers, m) # 计算新的目标函数 new_obj_func = calculate_obj_func(data, new_centers, new_membership, m) # 如果目标函数变化小于容差,则算法收敛,退出迭代 if np.abs(new_obj_func - obj_func) < tol: break else: # 否则更新聚类中心和模糊成员关系,并增加迭代次数 centers = new_centers membership = new_membership obj_func = new_obj_func n_iter += 1 # 返回聚类标签和聚类中心 labels = np.argmax(membership, axis=1) return labels, centers ``` 使用示例: ```python from sklearn.datasets import make_blobs # 生成样本数据 data, labels = make_blobs(n_samples=1000, centers=3, random_state=10) # 使用粒kmeans算法进行聚类 n_clusters = 3 labels_pred, centers = fuzzy_kmeans(data, n_clusters, m=2, max_iter=100, tol=1e-4) # 可视化聚类结果 import matplotlib.pyplot as plt plt.scatter(data[:, 0], data[:, 1], c=labels_pred) plt.scatter(centers[:, 0], centers[:, 1], marker='x', color='red', linewidths=2) plt.show() ```

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