适合初学者易懂的机器学习算法之k-means(k均值)Python代码实现

python

从这个贸易战看:强权即是真理,没有所谓的自由贸易和平等。中国之大已容不下一个安静的键盘。不过是又一次鸦片战争。除了愤怒还是愤怒,除了一心想为崛起而澎湃还是一心想为崛起而澎湃。中华文明三四千年的历史都是世界顶级,美国人区区100多年第一就想再占100年这不是无知么?中国人有13亿人,是美国人的4倍还要多,4个抵1个也是必然会超过美国。

2019年5月29日 IEEE宣布禁止任何受华为资助的教授或学生参与IEEE审稿。听到这个消息我是愤怒的,说好的科学无国界呢?

梳理下这个过程:

2018.12.1,华为CFO(任正非之女)被美国下令逮捕

2018.12.1 对芯片重大贡献的华人张首晟在美国身亡,就在2年前获得中国国家科学技术奖(中国科技最高奖,最高领导人亲自颁奖,奖金200万美金)

2019年5月 美国撕毁两国元首已经基本确定的协议,对中国征收25%关税。

2019年5月中旬 美国禁止全世界任何企业与华为接触或者提供设备,也禁止购买华为手机或通讯设备。理由:“国家安全”(距离美国棱镜门用思科通讯设备和Google监听全世界这个事件不过几年美国人就忘了自己干了什么事。)同时禁止欧洲其他国家使用华为提供的5G服务。

2019年5月中下旬,Microsoft,ARM,Google纷纷宣布停止和华为任何商业来往,同时Google禁止华为手机使用Google服务。

2019年5月底, IEEE(世界上最大电子电气学术机构)禁止任何受华为资助的教授参与审稿。禁止其他高校或企业与中国的一些高校合作。

k-means算法中文名叫做k均值。它是一种聚类算法,这是什么意思呢?就是现在我有一堆数据,但是我知道这些数据有k个类。但是具体每一个数据点所属分类我就不知道了。此时就需要用k-means聚类算法,它可以把原先的数据分成k个部分,注意这k个部分包含的数据点的数量不一定相等的。相似的数据就聚在一起。

k-means算法操作步骤

python">1. 设定k的取值(你觉得有多少个类就设置是多少,不知道那就把点描出来你分析下有几个类)

2. 随机选取k个点。将这k个点作为聚类中心点。

3. 遍历所有点计算该点到那k个聚类中心点的距离。此时有k个距离,哪个距离最短,就认为当前这个点是属于这个聚类。

4. 执行完3.后,我们得到了k个聚类。现在我们需要重新计算聚类中心。此时聚类中心就是当前这个聚类的包含的点的平均值。也就是说各个点加起来取平均作为当前聚类的中心(此时的聚类中心已经不是数据中的某个点了,而是一个坐标值)。

5. 重复3.和4.这两个步骤很多次。(至于多少次你自己决定)

k-means和k-NN有什么区别?

答:

  • k-means是无监督学习算法。什么叫做无监督学学习?就是给一堆水果的照片给你计算机看,告诉它一共有k种水果。至于这k种水果到底是什么计算机是不知道的。它只知道把相似的照片分类在一起凑成k个类就可以。然后新来一张照片它就计算这张照片到k个聚类中心的距离,哪个近就认为新来这个照片属于哪个聚类。至于它具体是什么水果算法是不知道的。。
  • k-NN(k近邻算法)是有监督学习算法。你得告诉它什么每张照片是什么水果,然后新来一张照片它就计算这张照片与其他所有照片的距离(假设可以计算),然后它统计下和它最近(最相似的)那k张照片是哪种水果。如果那k个照片“苹果”这个标签出现次数最多,那么认为新来的照片就是苹果。如果不懂kNN可以看这篇文章易懂机器学习(1) k近邻算法。

数据图演示k-means的操作步骤

1. 加载数据(分析有几个聚类,k的值等于聚类数量)

现在我们分析出大致有2个类。于是我们设置k=2

2. 随机选k个点作为聚类中心

在本文章第1.步提到了k=2.所以我们随机选2个点作为聚类中心。可以看到下面有两个点已经被选中作为聚类中心了。一个是绿色一个是橘黄。

3. 遍历所有点计算这些点到k个聚类中心点的距离

举个例子,现在我们到了一个点。然后计算了它到两个聚类中心的距离。可以看到它离绿色点比离橘黄色近。所以认为当前这个点属于绿色这个点所在的聚类里面。我们需要遍历所有点。


第一轮遍历所有点,并把这些点归类后的结果。(橘黄色那堆是上图绿色点所代表的聚类,蓝色点是橘黄色那个点代表的聚类)

4. 根据3.中得到的两个聚类,重新计算聚类中心

绿色点是橘黄色那堆点的新聚类中心,红色点是蓝色那堆点的新聚类中心。

5. 重复步骤3.和4.(重复多少次你自己决定)

这是重复循环3.和4.三次后的结果(效果还是非常惊艳的)。

Python 代码实现

下面是以上分析的数据+Python代码实现。

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

##########加载数据############

def load_data_set():

"""

加载数据集

:return:返回两个数组,普通数组

data_arr -- 原始数据的特征

label_arr -- 原始数据的标签,也就是每条样本对应的类别

"""

data_arr = []

label_arr = []

# 如果想下载参照https://github.com/varyshare/AiLearning/blob/master/data/6.SVM/testSet.txt

# 欢迎follow的我github

f = open(\'myspace/svm_data.txt\', \'r\')

for line in f.readlines():

line_arr = line.strip().split()

data_arr.append([np.float(line_arr[0]), np.float(line_arr[1])])

label_arr.append(int(line_arr[2]))

return np.array(data_arr), np.array(label_arr)

x,label = load_data_set()

# 绘制出数据点分析看有几个聚类

#plt.scatter(x[:,0],x[:,1])

##############k-Means算法#################

# 创建k个聚类数组,用于存放属于该聚类的点

clusters = []

p1 = [6,4]

p2 = [1,3]

cluster_center = np.array([p1,p2])

k = 2

for i in range(k):

clusters.append([])

epoch = 3

for _ in range(epoch):

for i in range(k):

clusters[i]=[]

# 计算所有点到这k个聚类中心的距离

for i in range(x.shape[0]):

xi = x[i]

distances = np.sum((cluster_center-xi)**2,axis=1)

# 离哪个聚类中心近,就把这个点序号加到哪个聚类中

c = np.argmin(distances)

clusters[c].append(i)

# 重新计算k个聚类的聚类中心(每个聚类所有点加起来取平均)

for i in range(k):

cluster_center[i] = np.sum(x[clusters[i]],axis=0)/len(clusters[i])

plt.scatter(x[clusters[0],0],x[clusters[0],1])

plt.scatter(x[clusters[1],0],x[clusters[1],1])

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