笔记(总结)-利用GMM和EM算法解决聚类问题

EM算法与聚类应用 反思总结:   (1)EM算法分为通俗来说分为E步和M步两部分,E步是通过当前假定的模型参数计算求得当前数据属于每个模型的概率,M步是通过E步求得的数据属于每个模型的概率更新之前假定的模型参数,这样一直循环迭代下去,直到结果趋于收敛为止。   (2)采用迭代次数截止和数据之差小于特定值截止两次得到参数基本没有差别,但是当改变假定初值时,最终得到的参数变化较大,EM算法和初值选择有较大关系。   (... 阅读详情

对Gaussian Mixture Model和Expectation Maximization算法一直以来了解不多,一来直接使用这两个方法的场景少,二来初看这两个算法确实有些一头雾水,不太理解为什么要这么做。上学期的课又涉及到了这部分,还是咬牙把这块给啃了下来,结合“周志华西瓜书”,在聚类场景下对这两部分做下总结。


高斯混合(Mixture of Gaussian)

$n$维随机变量$x$服从多元高斯分布,则概率密度函数为:
$p(x)= \frac{1}{(2 \pi)^{\frac{n}{2}}|\Sigma|^{\frac{1}{2}}}exp[-\frac{1}{2}(x-\mu)^T \Sigma^{-1} (x-\mu) ]$

其中 μ \mu μ为均值向量, Σ \Sigma Σ为协方差矩阵,给定这两个参数,则可以确定高斯分布,记为 p ( x ∣ μ , Σ ) p(x|\mu,\Sigma) p(x∣μ,Σ)。当维度退化为一维、二维空间时,高斯分布图像如下:
这里写图片描述

在此基础上,我们可以定义高斯混合分布如下:

$p_M(x)=\sum_{i=1}^{k} \alpha_i \cdot p(x|\mu_i,\Sigma_i)$

该分布由 k k k个高斯分布混合而成, α i \alpha_i αi​为混合系数,表示每个高斯分布的占比, ∑ i α i = 1 \sum_i \alpha_i=1 ∑i​αi​=1。

为什么要使用高斯混合模型做聚类?考虑如下两个图:

详解高斯混合聚类(GMM)算法原理 GMM算法假设数据点是由一个或多个高斯分布生成的,并通过最大似然估计的方法来估计每个簇的高斯分布的参数。总的来说,GMM是一种非常有效的聚类算法,使用场景多样,如在体育领域,GMM聚类算法也可以用于运动行为检测,使用GMM聚类算法对跑步数据进行聚类,以便更加准确地识别不同的跑步状态。可以看到,人员1、人员2、人员3和人员6属于聚类1,人员5和人员8属于聚类2,人员4和人员7属于聚类3。假设聚类的数量为3。可以看到,人员1属于聚类1的概率是0.96,属于聚类2的概率是0.03,属于聚类3的概率是0.01。 阅读详情

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