FCM算法的matlab程序2
在“FCM算法的matlab程序”这篇文章中已经用matlab程序对iris数据库进行实现，并求解准确度。下面的程序是另一种方法，是最常用的方法：先初始化聚类中心，在进行迭代（此方法由于循环较多，时间复杂度相对较高，但更严谨。就时间性而言，推荐使用“FCM算法的matlab程序”这个程序）。
作者：凯鲁嘎吉 - 博客园 http://www.cnblogs.com/kailugaji/
1.采用iris数据库
iris_data.txt
5.1 3.5 1.4 0.2 4.9 3 1.4 0.2 4.7 3.2 1.3 0.2 4.6 3.1 1.5 0.2 5 3.6 1.4 0.2 5.4 3.9 1.7 0.4 4.6 3.4 1.4 0.3 5 3.4 1.5 0.2 4.4 2.9 1.4 0.2 4.9 3.1 1.5 0.1 5.4 3.7 1.5 0.2 4.8 3.4 1.6 0.2 4.8 3 1.4 0.1 4.3 3 1.1 0.1 5.8 4 1.2 0.2 5.7 4.4 1.5 0.4 5.4 3.9 1.3 0.4 5.1 3.5 1.4 0.3 5.7 3.8 1.7 0.3 5.1 3.8 1.5 0.3 5.4 3.4 1.7 0.2 5.1 3.7 1.5 0.4 4.6 3.6 1 0.2 5.1 3.3 1.7 0.5 4.8 3.4 1.9 0.2 5 3 1.6 0.2 5 3.4 1.6 0.4 5.2 3.5 1.5 0.2 5.2 3.4 1.4 0.2 4.7 3.2 1.6 0.2 4.8 3.1 1.6 0.2 5.4 3.4 1.5 0.4 5.2 4.1 1.5 0.1 5.5 4.2 1.4 0.2 4.9 3.1 1.5 0.2 5 3.2 1.2 0.2 5.5 3.5 1.3 0.2 4.9 3.6 1.4 0.1 4.4 3 1.3 0.2 5.1 3.4 1.5 0.2 5 3.5 1.3 0.3 4.5 2.3 1.3 0.3 4.4 3.2 1.3 0.2 5 3.5 1.6 0.6 5.1 3.8 1.9 0.4 4.8 3 1.4 0.3 5.1 3.8 1.6 0.2 4.6 3.2 1.4 0.2 5.3 3.7 1.5 0.2 5 3.3 1.4 0.2 7 3.2 4.7 1.4 6.4 3.2 4.5 1.5 6.9 3.1 4.9 1.5 5.5 2.3 4 1.3 6.5 2.8 4.6 1.5 5.7 2.8 4.5 1.3 6.3 3.3 4.7 1.6 4.9 2.4 3.3 1 6.6 2.9 4.6 1.3 5.2 2.7 3.9 1.4 5 2 3.5 1 5.9 3 4.2 1.5 6 2.2 4 1 6.1 2.9 4.7 1.4 5.6 2.9 3.6 1.3 6.7 3.1 4.4 1.4 5.6 3 4.5 1.5 5.8 2.7 4.1 1 6.2 2.2 4.5 1.5 5.6 2.5 3.9 1.1 5.9 3.2 4.8 1.8 6.1 2.8 4 1.3 6.3 2.5 4.9 1.5 6.1 2.8 4.7 1.2 6.4 2.9 4.3 1.3 6.6 3 4.4 1.4 6.8 2.8 4.8 1.4 6.7 3 5 1.7 6 2.9 4.5 1.5 5.7 2.6 3.5 1 5.5 2.4 3.8 1.1 5.5 2.4 3.7 1 5.8 2.7 3.9 1.2 6 2.7 5.1 1.6 5.4 3 4.5 1.5 6 3.4 4.5 1.6 6.7 3.1 4.7 1.5 6.3 2.3 4.4 1.3 5.6 3 4.1 1.3 5.5 2.5 4 1.3 5.5 2.6 4.4 1.2 6.1 3 4.6 1.4 5.8 2.6 4 1.2 5 2.3 3.3 1 5.6 2.7 4.2 1.3 5.7 3 4.2 1.2 5.7 2.9 4.2 1.3 6.2 2.9 4.3 1.3 5.1 2.5 3 1.1 5.7 2.8 4.1 1.3 6.3 3.3 6 2.5 5.8 2.7 5.1 1.9 7.1 3 5.9 2.1 6.3 2.9 5.6 1.8 6.5 3 5.8 2.2 7.6 3 6.6 2.1 4.9 2.5 4.5 1.7 7.3 2.9 6.3 1.8 6.7 2.5 5.8 1.8 7.2 3.6 6.1 2.5 6.5 3.2 5.1 2 6.4 2.7 5.3 1.9 6.8 3 5.5 2.1 5.7 2.5 5 2 5.8 2.8 5.1 2.4 6.4 3.2 5.3 2.3 6.5 3 5.5 1.8 7.7 3.8 6.7 2.2 7.7 2.6 6.9 2.3 6 2.2 5 1.5 6.9 3.2 5.7 2.3 5.6 2.8 4.9 2 7.7 2.8 6.7 2 6.3 2.7 4.9 1.8 6.7 3.3 5.7 2.1 7.2 3.2 6 1.8 6.2 2.8 4.8 1.8 6.1 3 4.9 1.8 6.4 2.8 5.6 2.1 7.2 3 5.8 1.6 7.4 2.8 6.1 1.9 7.9 3.8 6.4 2 6.4 2.8 5.6 2.2 6.3 2.8 5.1 1.5 6.1 2.6 5.6 1.4 7.7 3 6.1 2.3 6.3 3.4 5.6 2.4 6.4 3.1 5.5 1.8 6 3 4.8 1.8 6.9 3.1 5.4 2.1 6.7 3.1 5.6 2.4 6.9 3.1 5.1 2.3 5.8 2.7 5.1 1.9 6.8 3.2 5.9 2.3 6.7 3.3 5.7 2.5 6.7 3 5.2 2.3 6.3 2.5 5 1.9 6.5 3 5.2 2 6.2 3.4 5.4 2.3 5.9 3 5.1 1.8
iris_id.txt
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2.matlab程序
My_FCM2.m
function label_1=My_FCM2(K)
%输入K：聚类数
%输出：label_1:聚的类, para_miu_new:模糊聚类中心μ，responsivity:模糊隶属度
format long
eps=1e-5; %定义迭代终止条件的eps
alpha=2; %模糊加权指数，[1,+无穷)
max_iter=100; %最大迭代次数
fitness=zeros(max_iter,1);
data=dlmread('E:\www.cnblogs.comkailugaji\data\iris\iris_data.txt');
%----------------------------------------------------------------------------------------------------
%对data做最大-最小归一化处理
[data_num,~]=size(data);
X=(data-ones(data_num,1)*min(data))./(ones(data_num,1)*(max(data)-min(data)));
[X_num,X_dim]=size(X);
%----------------------------------------------------------------------------------------------------
%随机初始化K个聚类中心
rand_array=randperm(X_num); %产生1~X_num之间整数的随机排列
para_miu=X(rand_array(1:K),:); %随机排列取前K个数，在X矩阵中取这K行作为初始聚类中心
responsivity=zeros(X_num,K);
R_up=zeros(X_num,K);
% ----------------------------------------------------------------------------------------------------
% FCM算法
for t=1:max_iter
%欧氏距离，计算（X-para_miu）^2=X^2+para_miu^2-2*para_miu*X'，矩阵大小为X_num*K
distant=(sum(X.*X,2))*ones(1,K)+ones(X_num,1)*(sum(para_miu.*para_miu,2))'-2*X*para_miu';
%更新隶属度矩阵X_num*K
for i=1:X_num
for j=1:K
if distant(i,j)==1
responsivity(i,j)=0;
elseif distant(i,j)==0
responsivity(i,j)=1./sum(responsivity(i,:)==0);
else
R_up(i,j)=distant(i,j).^(-1/(alpha-1)); %隶属度矩阵的分子部分
responsivity(i,j)= R_up(i,j)./sum( R_up(i,:),2);
end
end
end
%目标函数值
fitness(t)=sum(sum(distant.*(responsivity.^(alpha))));
%更新聚类中心K*X_dim
miu_up=(responsivity'.^(alpha))*X; %μ的分子部分
para_miu=miu_up./((sum(responsivity.^(alpha)))'*ones(1,X_dim));
if t>1 %改成while不行
if abs(fitness(t)-fitness(t-1))<eps
break;
end
end
end
%iter=t; %实际迭代次数
[~,label_1]=max(responsivity,[],2);
succeed.m
function accuracy=succeed(K,id)
%输入K：聚的类，id：训练后的聚类结果，N*1的矩阵
N=size(id,1); %样本个数
p=perms(1:K); %全排列矩阵
p_col=size(p,1); %全排列的行数
new_label=zeros(N,p_col); %聚类结果的所有可能取值，N*p_col
num=zeros(1,p_col); %与真实聚类结果一样的个数
real_label=dlmread('E:\www.cnblogs.comkailugaji\data\iris\iris_id.txt');
%将训练结果全排列为N*p_col的矩阵，每一列为一种可能性
for i=1:N
for j=1:p_col
for k=1:K
if id(i)==k
new_label(i,j)=p(j,k)-1; %加一减一看情况
end
end
end
end
%与真实结果比对，计算精确度
for j=1:p_col
for i=1:N
if new_label(i,j)==real_label(i)
num(j)=num(j)+1;
end
end
end
accuracy=max(num)/N;
Eg_FCM.m
function ave_acc_FCM=Eg_FCM(K,max_iter)
%输入K:聚的类，max_iter是最大迭代次数
%输出ave_acc_FCM：迭代max_iter次之后的平均准确度
s=0;
for i=1:max_iter
label_1=My_FCM2(K);
accuracy=succeed(K,label_1);
s=s+accuracy;
end
ave_acc_FCM=s/max_iter;
3.结果
>> ave_acc_FCM=Eg_FCM(3,50) ave_acc_FCM = 0.893333333333333
4.注意
此算法是一个大众化的算法，先初始化聚类中心，再进行迭代，对隶属函数进行分情况讨论，将距离为0的情况考虑进去，但是计算速度慢。而在“FCM算法的matlab程序”是先初始化模糊隶属函数，再进行迭代，这样就避免分母为零的情况，而且计算速度快。对于严谨性大众性，可以采用本文的算法，对于时间性，可以采用“FCM算法的matlab程序”算法。
