python使用欧氏距离,曼哈顿距离和夹角余弦距离实现k-means算法

时间: 2024-05-12 11:20:53 浏览: 26
以下是使用Python实现k-means算法,其中包括欧氏距离、曼哈顿距离和夹角余弦距离的实现: ```python import numpy as np import math # 欧氏距离 def euclidean_distance(x1, x2): return np.sqrt(np.sum((x1 - x2)**2)) # 曼哈顿距离 def manhattan_distance(x1, x2): return np.sum(np.abs(x1 - x2)) # 夹角余弦距离 def cosine_distance(x1, x2): dot_product = np.dot(x1, x2) norm_x1 = np.linalg.norm(x1) norm_x2 = np.linalg.norm(x2) return 1 - dot_product / (norm_x1 * norm_x2) class KMeans: def __init__(self, k=3, max_iters=100, distance="euclidean"): self.k = k self.max_iters = max_iters self.distance = distance def initialize_centroids(self, X): n_samples, n_features = X.shape centroids = np.zeros((self.k, n_features)) for i in range(self.k): centroid = X[np.random.choice(range(n_samples))] centroids[i] = centroid return centroids def closest_centroid(self, sample, centroids): distances = np.zeros(self.k) for i, centroid in enumerate(centroids): if self.distance == "euclidean": distances[i] = euclidean_distance(sample, centroid) elif self.distance == "manhattan": distances[i] = manhattan_distance(sample, centroid) else: distances[i] = cosine_distance(sample, centroid) closest_index = np.argmin(distances) return closest_index def create_clusters(self, X, centroids): clusters = [[] for _ in range(self.k)] for sample_i, sample in enumerate(X): centroid_i = self.closest_centroid(sample, centroids) clusters[centroid_i].append(sample_i) return clusters def calculate_centroids(self, X, clusters): n_features = X.shape[1] centroids = np.zeros((self.k, n_features)) for i, cluster in enumerate(clusters): centroid = np.mean(X[cluster], axis=0) centroids[i] = centroid return centroids def get_cluster_labels(self, clusters, X): y_pred = np.zeros(X.shape[0]) for cluster_i, cluster in enumerate(clusters): for sample_i in cluster: y_pred[sample_i] = cluster_i return y_pred def predict(self, X): centroids = self.initialize_centroids(X) for _ in range(self.max_iters): clusters = self.create_clusters(X, centroids) prev_centroids = centroids centroids = self.calculate_centroids(X, clusters) if np.all(centroids == prev_centroids): break return self.get_cluster_labels(clusters, X) ``` 使用示例: ```python from sklearn.datasets import make_blobs import matplotlib.pyplot as plt X, y = make_blobs(centers=3, n_samples=500, random_state=1) kmeans = KMeans(k=3, max_iters=100, distance="euclidean") y_pred = kmeans.predict(X) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y_pred) plt.title("K-Means Clustering") plt.show() ``` 其中,distance参数可以设置为"euclidean"、"manhattan"或者"cosine",表示使用欧氏距离、曼哈顿距离或夹角余弦距离。

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