em算法Java代码,MapReduce实现EM算法步骤+代码

时间: 2023-12-29 21:03:35 浏览: 30
EM算法是一种迭代算法,用于在含有隐变量的概率模型中进行参数估计。以下是EM算法的Java代码实现: ```java public class EMAlgorithm { // E-step:计算隐变量的后验概率 public double[][] getPosterior(double[][] data, double[] weights, double[] means, double[] variances) { int numPoints = data.length; int numClusters = means.length; double[][] posterior = new double[numPoints][numClusters]; for (int i = 0; i < numPoints; i++) { double sum = 0.0; for (int j = 0; j < numClusters; j++) { posterior[i][j] = weights[j] * Gaussian(data[i], means[j], variances[j]); sum += posterior[i][j]; } for (int j = 0; j < numClusters; j++) { posterior[i][j] /= sum; } } return posterior; } // M-step:计算新的参数 public double[] getWeights(double[][] posterior) { int numPoints = posterior.length; int numClusters = posterior[0].length; double[] weights = new double[numClusters]; for (int j = 0; j < numClusters; j++) { double sum = 0.0; for (int i = 0; i < numPoints; i++) { sum += posterior[i][j]; } weights[j] = sum / numPoints; } return weights; } public double[] getMeans(double[][] data, double[][] posterior) { int numClusters = posterior[0].length; int numDimensions = data[0].length; double[] means = new double[numClusters]; for (int j = 0; j < numClusters; j++) { double sum = 0.0; double totalWeight = 0.0; for (int i = 0; i < data.length; i++) { sum += posterior[i][j] * data[i][j]; totalWeight += posterior[i][j]; } means[j] = sum / totalWeight; } return means; } public double[] getVariances(double[][] data, double[][] posterior, double[] means) { int numClusters = posterior[0].length; int numDimensions = data[0].length; double[] variances = new double[numClusters]; for (int j = 0; j < numClusters; j++) { double sum = 0.0; double totalWeight = 0.0; for (int i = 0; i < data.length; i++) { sum += posterior[i][j] * Math.pow(data[i][j] - means[j], 2); totalWeight += posterior[i][j]; } variances[j] = sum / totalWeight; } return variances; } private double Gaussian(double[] dataPoint, double mean, double variance) { double stdDev = Math.sqrt(variance); return (1.0 / (stdDev * Math.sqrt(2 * Math.PI))) * Math.exp(-Math.pow(dataPoint[0] - mean, 2) / (2 * variance)); } } ``` 下面是MapReduce实现EM算法的步骤: 1. Map阶段:对每个数据点,计算它对每个聚类中心的后验概率,输出键值对\<聚类中心, 后验概率\>; 2. Reduce阶段:对每个聚类中心,计算它的新的权重、均值和方差,并输出键值对\<聚类中心, 参数\>; 3. 迭代以上步骤,直到收敛为止。 以下是MapReduce实现EM算法的Java代码: ```java public class KMeansMR { public static class Map extends Mapper<LongWritable, Text, IntWritable, DoubleWritable> { private final static IntWritable cluster = new IntWritable(); private final static DoubleWritable posterior = new DoubleWritable(); public void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException { // 读取数据点 double[] dataPoint = parseDataPoint(value.toString()); // 计算数据点对每个聚类中心的后验概率 for (int i = 0; i < numClusters; i++) { double posterior = weights[i] * Gaussian(dataPoint, means[i], variances[i]); cluster.set(i); posterior.set(posterior); context.write(cluster, posterior); } } } public static class Reduce extends Reducer<IntWritable, DoubleWritable, IntWritable, Text> { private final static DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.####"); public void reduce(IntWritable key, Iterable<DoubleWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException { double sum = 0.0; int count = 0; for (DoubleWritable value : values) { sum += value.get(); count++; } // 计算新的权重、均值和方差 double newWeight = sum / numPoints; double[] newMeans = getNewMeans(key.get()); double[] newVariances = getNewVariances(key.get(), newMeans); // 输出键值对<聚类中心, 参数> Text outputValue = new Text(df.format(newWeight) + "," + Arrays.toString(newMeans) + "," + Arrays.toString(newVariances)); context.write(key, outputValue); } } public static void main(String[] args) throws Exception { Configuration conf = new Configuration(); Job job = Job.getInstance(conf, "KMeansMR"); job.setJarByClass(KMeansMR.class); job.setMapperClass(Map.class); job.setReducerClass(Reduce.class); job.setOutputKeyClass(IntWritable.class); job.setOutputValueClass(DoubleWritable.class); FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(args[0])); FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1])); System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1); } } ```

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