【Basic】Image Segmentation in MATLAB: Using K-means Clustering for Image Segmentation

发布时间: 2024-09-15 02:32:53 阅读量: 32 订阅数: 42
## 2.1 K-Means Clustering Algorithm Principle The K-means clustering algorithm is an unsupervised machine learning technique that partitions data points into K clusters. The principle of the algorithm is as follows: ***Initialization:** Randomly select K data points as the initial cluster centers. ***Assignment:** Assign each data point to the cluster center closest to it. ***Update:** Calculate the average of all data points in each cluster and use it as the new cluster center. ***Repeat:** Repeat the assignment and update steps until the cluster centers no longer change or a predefined number of iterations is reached. Ultimately, the algorithm divides the data points into K clusters, with each cluster consisting of data points closest to its center. ## 2. K-Means Clustering Algorithm ### 2.1 K-Means Clustering Algorithm Principle The K-means clustering algorithm is an unsupervised learning technique used to partition data points into K clusters. The goal is to find a set of cluster centers such that the sum of distances from each data point to its nearest cluster center is minimized. **Algorithm Principle:** 1. **Initialization:** Randomly select K data points as the initial cluster centers. 2. **Assignment:** Assign each data point to the nearest cluster center. 3. **Update:** Recalculate the center of each cluster as the average of all data points within it. 4. **Repeat:** Repeat steps 2 and 3 until the cluster centers no longer change or the maximum number of iterations is reached. ### 2.2 K-Means Clustering Algorithm Steps **Steps:** 1. **Determine the K value:** Decide the number of clusters to divide into. 2. **Initialize cluster centers:** Randomly select K data points as the initial cluster centers. 3. **Calculate distances:** Compute the distance from each data point to each cluster center. 4. **Assign clusters:** Assign each data point to the nearest cluster center. 5. **Update cluster centers:** Recalculate the center of each cluster as the average of all its data points. 6. **Repeat:** Repeat steps 3-5 until the cluster centers no longer change or the maximum number of iterations is reached. **Code Block:** ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # Data points data = np.array([[1, 2], [3, 4], [5, 6], [7, 8], [9, 10]]) # K value K = 2 # Initialize cluster centers centroids = np.array([[1, 2], [9, 10]]) # Distance calculation function def distance(x, y): return np.linalg.norm(x - y) # Cluster assignment function def assign_cluster(data, centroids): clusters = np.zeros(len(data)) for i in range(len(data)): distances = [distance(data[i], centroid) for centroid in centroids] clusters[i] = np.argmin(distances) return clusters # Cluster center update function def update_centroids(data, clusters, K): new_centroids = np.zeros((K, 2)) for i in range(K): cluster_data = data[clusters == i] new_centroids[i] = np.mean(cluster_data, axis=0) return new_centroids # Maximum iterations max_iterations = 10 # Iterate for i in range(max_iterations): clusters = assign_cluster(data, centroids) centroids = update_centroids(data, clusters, K) # Visualization plt.scatter(data[:, 0], data[:, 1], c=clusters) plt.scatter(centroids[:, 0], centroids[:, 1], c='r', marker='x') plt.show() ``` **Code Logic Analysis:** ***Initialization:** Randomly initialize K cluster centers. ***Distance calculation:** Calculate the Euclidean distance from each data point to each cluster center. ***Cluster assignment:** Assign each data point to the
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