【Python】驾驶类型聚类-Kmeans聚类算法和PCA降维算法——东北大学数据挖掘实训五

题目：通过给出的驾驶员行为数据（trip.csv），对驾驶员不同时段的驾驶类型进行聚类,聚成普通驾驶类型，激进类型和超冷静型3类 。

利用Python的scikit-learn包中的Kmeans算法进行聚类算法的应用练习。

并利用scikitlearn包中的PCA算法来对数据进行降维，然后画图展示出聚类效果。

通过调节聚类算法的参数，来观察聚类效果的变化，练习调参。

import pandas as pd
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn.decomposition import PCA
import matplotlib.pyplot as plt

df=pd.read_csv("C:\\Users\\zzh\\Desktop\\dataMiningExperment\\数据挖掘实训课件\\数据挖掘第5次实训\\trip.csv")
df.head()

	driver	trip	v_avg	a_avg	r_avg	v_var	a_var	r_var	v_a	v_b	v_c	v_d	a_a	a_b	a_c	r_a	r_b	r_c
0	41030402427	1	6	0.218219	1209.078947	33.465922	0.154504	242766.4531	0.564121	0.224947	0.163280	0.047652	0.594954	0.288718	0.116328	0.585144	0.348283	0.066573
1	41030402427	2	3	0.305416	1064.181818	24.574448	0.283866	185456.3409	0.575369	0.291626	0.133005	0.000000	0.577340	0.210837	0.211823	0.577340	0.365517	0.057143
2	41030402427	3	5	0.121377	1168.500000	24.310541	0.012078	224469.1400	0.574566	0.269364	0.156069	0.000000	0.531792	0.393064	0.075145	0.567630	0.354913	0.077457
3	41030402427	4	7	0.185244	1175.392593	41.511023	0.323999	260512.1507	0.498039	0.196078	0.214994	0.090888	0.685582	0.236217	0.078201	0.432757	0.505882	0.061361
4	41030402427	5	9	0.255851	1311.179487	53.369580	0.440556	309291.7347	0.397380	0.131823	0.318504	0.152293	0.543395	0.299945	0.156659	0.323690	0.607260	0.069050

（注：其中的driver 和trip_no 不参与聚类）

df=df.iloc[:,2:]
# df=df[df.columns[2:]]
df.head()

	v_avg	a_avg	r_avg	v_var	a_var	r_var	v_a	v_b	v_c	v_d	a_a	a_b	a_c	r_a	r_b	r_c
0	6	0.218219	1209.078947	33.465922	0.154504	242766.4531	0.564121	0.224947	0.163280	0.047652	0.594954	0.288718	0.116328	0.585144	0.348283	0.066573
1	3	0.305416	1064.181818	24.574448	0.283866	185456.3409	0.575369	0.291626	0.133005	0.000000	0.577340	0.210837	0.211823	0.577340	0.365517	0.057143
2	5	0.121377	1168.500000	24.310541	0.012078	224469.1400	0.574566	0.269364	0.156069	0.000000	0.531792	0.393064	0.075145	0.567630	0.354913	0.077457
3	7	0.185244	1175.392593	41.511023	0.323999	260512.1507	0.498039	0.196078	0.214994	0.090888	0.685582	0.236217	0.078201	0.432757	0.505882	0.061361
4	9	0.255851	1311.179487	53.369580	0.440556	309291.7347	0.397380	0.131823	0.318504	0.152293	0.543395	0.299945	0.156659	0.323690	0.607260	0.069050

1、聚类算法

建立并训练模型，参数全部默认

kmeans = KMeans(n_clusters=3)  #构造聚类器
kmeans.fit(df)   #训练聚类器

KMeans(algorithm='auto', copy_x=True, init='k-means++', max_iter=300,
       n_clusters=3, n_init=10, n_jobs=None, precompute_distances='auto',
       random_state=None, tol=0.0001, verbose=0)

（1）统计各个类别的数目

label_count= pd.Series(kmeans.labels_).value_counts() #统计各个类别的数目
label_count

0    54
1    33
2     4
dtype: int64

（2）找出聚类中心

centroids =pd.DataFrame(kmeans.cluster_centers_) #找出聚类中心
centroids

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	5.537037	0.277437	1168.842229	25.205092	0.314492	169896.171576	0.537669	0.248422	0.175849	0.038060	0.565810	0.286437	0.147753	0.510406	0.447028	0.042566
1	6.030303	0.311931	1178.091475	36.235528	0.540281	302047.587585	0.530479	0.200719	0.204316	0.064485	0.531772	0.296036	0.172192	0.517129	0.410236	0.072636
2	5.250000	1.073941	1068.375000	38.914793	1.753758	639407.213100	0.788223	0.059943	0.143262	0.008572	0.241813	0.536941	0.221247	0.803339	0.074829	0.121832

（3）将每条数据聚成的类别（该列命名为jllable ）和聚类数据集进行合并，形成新的dataframe，命名为new_df ，并输出到本地，命名为new_df.csv。

labels =pd.DataFrame({"jllable": kmeans.labels_}) #找出聚类中心
new_df=pd.concat([df,labels],axis=1) 
new_df.head()

	v_avg	a_avg	r_avg	v_var	a_var	r_var	v_a	v_b	v_c	v_d	a_a	a_b	a_c	r_a	r_b	r_c	jllable
0	6	0.218219	1209.078947	33.465922	0.154504	242766.4531	0.564121	0.224947	0.163280	0.047652	0.594954	0.288718	0.116328	0.585144	0.348283	0.066573	1
1	3	0.305416	1064.181818	24.574448	0.283866	185456.3409	0.575369	0.291626	0.133005	0.000000	0.577340	0.210837	0.211823	0.577340	0.365517	0.057143	0
2	5	0.121377	1168.500000	24.310541	0.012078	224469.1400	0.574566	0.269364	0.156069	0.000000	0.531792	0.393064	0.075145	0.567630	0.354913	0.077457	0
3	7	0.185244	1175.392593	41.511023	0.323999	260512.1507	0.498039	0.196078	0.214994	0.090888	0.685582	0.236217	0.078201	0.432757	0.505882	0.061361	1
4	9	0.255851	1311.179487	53.369580	0.440556	309291.7347	0.397380	0.131823	0.318504	0.152293	0.543395	0.299945	0.156659	0.323690	0.607260	0.069050	1

new_df.to_csv("new_df.csv",index=False)

2、PCA算法

（1）将用于聚类的数据的维度降至2维，并输出降维后的数据，形成一个dataframe名字new_pca，然后将降维数据和聚类结果，通过绘图的形式来展示出来，并保存聚类结果图片。

pca = PCA(n_components=2)  # 建立pca model
new_pca = pd.DataFrame(pca.fit_transform(df))  
#到底是给df还是new_df降维我很纠结,我觉得是df，但是df和new_df其实结果一样
new_pca.head()

	0	1
0	4309.394730	41.169810
1	-53000.724767	-101.095608
2	-13987.920711	1.256170
3	22055.091027	6.848376
4	70834.682035	140.500470

# 可视化
plt.figure(figsize=(9,8))  
cluster0 = new_pca[new_df['jllable'] == 0]
plt.plot(cluster0[0], cluster0[1], 'rs')
cluster1 = new_pca[new_df['jllable'] == 1]
plt.plot(cluster1[0], cluster1[1], 'go')
cluster2 = new_pca[new_df['jllable'] == 2]
plt.plot(cluster2[0], cluster2[1], 'b*')
plt.legend(['cluster0','cluster1','cluster2']) #设置图例
plt.savefig('kmeans.png') #保存图片文件命名为