k均值算法 动图制作代码
如题
结果图如下
可运行代码
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
class KMeans(object):
def __init__(self, data): # data: 要分类的数据,二维数组,每一行是一个样本,列数为样本特征数
self.data = data
self.calc_classes = np.frompyfunc( # 自定义ufunc,将所有样本分类
self.calc_distance, data.shape[1], 1)
self.fig, self.ax = plt.subplots()
def calc_distance(self, *features):
'''
计算单个样本与每个中心的距离,然后将其归于最近的一类
features: 样本的特征值
返回样本的类别
'''
x = np.array(features) # 将样本的特征转换为一个向量
return np.argmin(np.square(self.center - x).sum(axis=1))
def clustering(self, k): # k: 要聚类的数量
self.k = k
self.sizes = np.linspace(40, 100, num=k)
choices = np.random.randint(0, self.data.shape[0], size=k)
self.center = np.copy(self.data[choices]) # 从data中随机选取k行作为随机中心
anim = FuncAnimation(self.fig, # 设置动画
func=self.update, # 回调函数,FuncAnimation会在每一帧都调用该函数
frames=np.arange(10), # 帧数
init_func=self.setup, # 动画初始化
interval=1000) # 每帧间隔
anim.save('clustering.gif', dpi=80, writer='pillow')
def setup(self, colors=['r', 'g', 'b', 'k']): # 动画初始化函数,颜色可改
cs = self.get_classified_sample()
tmp = []
for i in np.arange(self.k): # 绘制已分类的样本
tmp.append(self.ax.scatter(cs[i][:, 0], cs[i][:, 1], c=colors[i], animated=True))
for i in np.arange(self.k): # 绘制中心
tmp.append(
self.ax.scatter(self.center[i, 0], self.center[i, 1], c=colors[i], s=150, marker='x', animated=True))
for i in np.arange(self.k): # 更新每个簇的中心
self.center[i, :] = np.mean(cs[i],axis=0)
self.sc = tuple(tmp) # 必须转换为元组
return self.sc # 返回必须是元组
def get_classified_sample(self):
'''
将所有样本分为k类,返回一个列表,列表中的每个元素是一个二维数组array(里面是被归于同一类的样本)
'''
cols = list(self.data.T)
self.classes = self.calc_classes(*cols) # 计算所有样本的类别
return [self.data[self.classes == i] for i in np.arange(self.k)]
def update(self, j):
print(j)
cs = self.get_classified_sample()
for i in np.arange(self.k):
self.sc[i].set_offsets(cs[i]) # 更新每个簇的点的坐标
self.sc[i]._sizes[0] = self.sizes[(i + j) % self.k] # 动态调增点的大小,增加视觉对比
self.sc[i + self.k].set_offsets(self.center[i]) # 更新每个簇中心的坐标
for i in np.arange(self.k): # 更新每个簇的中心
self.center[i, :] = cs[i].mean(axis=0)
return self.sc # 返回必须是元组
if __name__ == "__main__":
data = np.loadtxt('./test.txt')
km = KMeans(data)
km.clustering(4)
注意
由于初始的中心不一定相同,所以动图每次运行都会不同,不一定能得到我这么好的
数据集获取链接
链接:https://pan.baidu.com/s/1o7qC_Ouo69iHzj_Je2i5BA
提取码:nq1j
只有两个特征,所以其实自己生成也很简单