sklearn之聚类K均值算法
''' 聚类：分类（class）与聚类（cluster）不同，分类是有监督学习模型，聚类属于无监督学习模型。 聚类讲究使用一些算法把样本划分为n个群落。一般情况下，这种算法都需要计算欧氏距离。（用两个样本对应特征值之差的平方和之平方根， 即欧氏距离，来表示这两个样本的相似性） 1.K均值算法： 第一步：随机选择k个样本作为k个聚类的中心，计算每个样本到各个聚类中心的欧氏距离， 将该样本分配到与之距离最近的聚类中心所在的类别中。 第二步：根据第一步所得到的聚类划分，分别计算每个聚类的几何中心，将几何中心作为新的聚类中心， 重复第一步，直到计算所得几何中心与聚类中心重合或接近重合为止。 注意： 聚类数k必须事先已知。借助某些评估指标，优选最好的聚类数。 聚类中心的初始选择会影响到最终聚类划分的结果。初始中心尽量选择距离较远的样本。 K均值算法相关API： import sklearn.cluster as sc # n_clusters: 聚类数 model = sc.KMeans(n_clusters=4) # 不断调整聚类中心，直到最终聚类中心稳定则聚类完成 model.fit(x) # 获取训练结果的聚类中心 centers = model.cluster_centers_ 案例：加载multiple3.txt，基于K均值算法完成样本的聚类。 步骤： 1.读取文件，加载数据，把样本绘制在窗口中 2.基于K均值完成聚类业务，为每个样本设置颜色 3.绘制聚类背景边界线----pcolormesh ''' import numpy as np import matplotlib.pyplot as mp import sklearn.cluster as sc # 读取数据，绘制图像 x = np.loadtxt('./ml_data/multiple3.txt', unpack=False, dtype='f8', delimiter=',') print(x.shape) # 基于Kmeans完成聚类 model = sc.KMeans(n_clusters=4) model.fit(x) # 完成聚类 pred_y = model.predict(x) # 预测点在哪个聚类中 print(pred_y) # 输出每个样本的聚类标签 # 获取聚类中心 centers = model.cluster_centers_ print(centers) # 绘制分类边界线 l, r = x[:, 0].min() - 1, x[:, 0].max() + 1 b, t = x[:, 1].min() - 1, x[:, 1].max() + 1 n = 500 grid_x, grid_y = np.meshgrid(np.linspace(l, r, n), np.linspace(b, t, n)) bg_x = np.column_stack((grid_x.ravel(), grid_y.ravel())) bg_y = model.predict(bg_x) grid_z = bg_y.reshape(grid_x.shape) # 画图显示样本数据 mp.figure('Kmeans', facecolor='lightgray') mp.title('Kmeans', fontsize=16) mp.xlabel('X', fontsize=14) mp.ylabel('Y', fontsize=14) mp.tick_params(labelsize=10) mp.pcolormesh(grid_x, grid_y, grid_z, cmap='gray') mp.scatter(x[:, 0], x[:, 1], s=80, c=pred_y, cmap='brg', label='Samples') mp.scatter(centers[:, 0], centers[:, 1], s=300, color='red', marker='+', label='cluster center') mp.legend() mp.show() 输出结果： (200, 2) [0 0 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 2 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 3 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 0 3 1 0 2 3 1 0 2 3 2 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1 0 2 3 1] [[1.831 1.9998 ] [7.07326531 5.61061224] [3.1428 5.2616 ] [5.91196078 2.04980392]]
''' Kmeans使用场景----图像量化：KMeans聚类算法可以应用于图像量化领域。通过KMeans算法可以把一张图像所包含的颜色值进行聚类划分， 求每一类别的平均值后再重新生成新的图像。可以达到图像降维的目的。这个过程称为图像量化。 图像量化可以更好的保留图像的轮廓，降低机器识别图像轮廓的难度。 n_clusters=2类似于二值化 将百合花图片进行图像量化： 步骤： 1.读取图片的亮度矩阵 2.基于KMeans算法完成聚类，获取4个聚类中心的值 3.修改图片，将每个像素亮度值都改为相应类别的均值（即聚类中心值） 4.绘制图像 ''' import numpy as np import matplotlib.pyplot as mp import sklearn.cluster as sc import scipy.ndimage as sn import scipy.misc as sm import warnings warnings.filterwarnings('ignore') img = sm.imread('./ml_data/lily.jpg', True) print(img.shape) # 基于KMeans完成聚类 model = sc.KMeans(n_clusters=2) x = img.reshape(-1, 1) # n行1列 print(x.shape) model.fit(x) # 同model.predict(x) 返回每个样本的类别标签 y = model.labels_ print(y.shape) centers = model.cluster_centers_ print(centers.shape) img2 = centers[y].reshape(img.shape) print(img2.shape) # 绘图 mp.subplot(121) mp.imshow(img, cmap='gray') mp.axis('off') # mp.subplot(122) mp.imshow(img2, cmap='gray') mp.axis('off') # 关闭坐标轴 mp.show() 输出结果： (512, 512) (262144, 1) (262144,) (2, 1) (512, 512)
