使用Matlab实现模糊C均值聚类算法实例与详解
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更新于2024-09-11
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模糊C均值聚类(Fuzzy C-Means, FCM)是一种基于模糊集合理论的无监督机器学习算法,用于数据集的分簇。在MATLAB中,实现这一算法的函数`FCMClust.m`允许用户对给定的数据集进行聚类分析。该函数接收四个主要输入参数:
1. **data**: 一个nxm矩阵,其中n表示样本数量,m代表特征维度。这是输入数据集,通常包含了待聚类的观测值。
2. **cluster_n**: 整数,指定期望的聚类数量。这个参数告诉算法将数据分成多少个模糊簇。
3. **options**: 一个4x1的结构体,包含算法运行的可选参数:
- `options(1)`:设置初始隶属度矩阵U的最大值,通常大于1(如默认值2.0),用于控制聚类的模糊程度。
- `options(2)`:迭代次数上限,默认值为100次,控制算法的收敛速度。
- `options(3)`:停止准则的绝对误差阈值,默认为1e-5,当聚类中心的变化小于这个阈值时,算法停止迭代。
- `options(4)`:是否显示聚类结果(默认为1),可以选择关闭输出结果以提高效率。
函数的输出包括:
- **center**: 聚类中心的矩阵,每个行表示一个簇的中心,列对应于特征维度。
- **U**: 属 性 隶 属 度 矩 阵,矩阵中的每个元素表示样本与相应簇中心的模糊关联程度。
- **obj_fcn**: 目标函数值,即聚类误差平方和,反映了聚类效果的好坏。
在示例部分,函数首先创建一个随机数据集`data`,然后调用`FCMClust`函数,指定两个簇的数量。接着,它绘制原始数据点、最高隶属度的簇中心以及簇内的极值点,直观地展示聚类结果。通过这个函数,用户可以灵活地调整参数以适应不同的数据集和分析需求。
使用`FCMClust`函数时,理解并调整这些参数是至关重要的,因为它们直接影响到聚类的质量和效率。在实际应用中,可能还需要对数据预处理、选择合适的聚类数量(如有肘部法则)、以及比较不同聚类算法的效果进行综合考虑。
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