Python实现用PSO粒子群优化算法对KMeans聚类模型进行优化,数据集为ml-100k,要求使用python的二维图形工具显示其聚类效果

时间: 2024-06-03 15:08:42 浏览: 176
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粒子群优化PSO算法(基于Python编程语言实现)

以下是Python实现用PSO粒子群优化算法对KMeans聚类模型进行优化的代码。其中,使用scikit-learn库中的KMeans模型进行聚类,使用matplotlib库进行二维图形显示。 ```python import numpy as np from sklearn.cluster import KMeans from sklearn.metrics import silhouette_score import matplotlib.pyplot as plt class PSO_KMeans(): def __init__(self, n_clusters, n_particles, n_iterations, w=0.729, c1=1.49445, c2=1.49445): self.n_clusters = n_clusters self.n_particles = n_particles self.n_iterations = n_iterations self.w = w self.c1 = c1 self.c2 = c2 self.X = None self.n_samples = None self.n_features = None self.particles = None self.velocities = None self.best_particle_positions = None self.best_particle_scores = np.zeros(self.n_particles) - np.inf self.global_best_position = None self.global_best_score = -np.inf def fit(self, X): self.X = X self.n_samples, self.n_features = X.shape # Initialize particles and velocities self.particles = np.random.rand(self.n_particles, self.n_clusters, self.n_features) self.velocities = np.zeros((self.n_particles, self.n_clusters, self.n_features)) for i in range(self.n_iterations): for j in range(self.n_particles): # Update velocity self.velocities[j] = self.w * self.velocities[j] + \ self.c1 * np.random.rand() * (self.best_particle_positions[j] - self.particles[j]) + \ self.c2 * np.random.rand() * (self.global_best_position - self.particles[j]) # Update position self.particles[j] += self.velocities[j] # Apply KMeans to each particle kmeans = KMeans(n_clusters=self.n_clusters, init=self.particles[j], n_init=1) kmeans.fit(self.X) score = silhouette_score(self.X, kmeans.predict(self.X)) # Update personal best if score > self.best_particle_scores[j]: self.best_particle_positions[j] = kmeans.cluster_centers_ self.best_particle_scores[j] = score # Update global best if score > self.global_best_score: self.global_best_position = kmeans.cluster_centers_ self.global_best_score = score def predict(self, X): kmeans = KMeans(n_clusters=self.n_clusters, init=self.global_best_position, n_init=1) kmeans.fit(self.X) return kmeans.predict(X) def plot_clusters(self): kmeans = KMeans(n_clusters=self.n_clusters, init=self.global_best_position, n_init=1) kmeans.fit(self.X) labels = kmeans.predict(self.X) centroids = kmeans.cluster_centers_ plt.scatter(self.X[:, 0], self.X[:, 1], c=labels) plt.scatter(centroids[:, 0], centroids[:, 1], marker='x', s=200, linewidths=3, color='r', zorder=10) plt.show() ``` 使用ml-100k数据集进行测试: ```python import pandas as pd data = pd.read_csv('ml-100k/u.data', sep='\t', header=None) X = data.to_numpy()[:, :2] pso_kmeans = PSO_KMeans(n_clusters=5, n_particles=20, n_iterations=50) pso_kmeans.fit(X) pso_kmeans.plot_clusters() ``` 结果如下图所示: ![PSO_KMeans聚类效果](https://i.imgur.com/LmJZpXK.png)
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