R语言K-means聚类分析

R语言实现K-means聚类分析
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本文介绍了如何使用R语言进行K-means聚类分析,包括算法基本思想、步骤以及具体实现代码。通过创建数据集、调用kmeans()函数进行聚类,并展示聚类结果和可视化方法。

R语言K-means聚类分析

K-means聚类分析是一种常用的无监督学习算法,用于对数据进行聚类和分组。在本文中,我们将介绍如何使用R语言进行K-means聚类分析,并提供相应的源代码。

K-means聚类算法的基本思想是将数据集分为K个不重叠的簇,使得同一簇内的样本相似度较高,而不同簇之间的样本相似度较低。该算法的步骤如下:

  1. 随机选择K个初始聚类中心。
  2. 将每个样本分配给距离最近的聚类中心。
  3. 更新聚类中心,即计算每个簇的平均值作为新的聚类中心。
  4. 重复步骤2和3,直到聚类中心不再变化或达到预定的迭代次数。

现在,我们将使用R语言实现K-means聚类分析。首先,我们需要准备一个包含要进行聚类分析的数据的数据集。假设我们有一个包含两个特征的数据集,可以表示为一个矩阵或数据框。

# 导入数据
data <- matrix(c(1, 1, 2, 1, 4, 3, 5, 4, 6, 5, 10, 8, 11, 7, 12, 8), ncol = 2, byrow = TRUE)

在上述代码中,我们创建了一个2列的矩阵,其中包含8个观测值。每一行表示一个观测值,每一列表示一个特征。

接下来,我们可以使用R中的kmeans()函数执行K-means聚类分析。该函数的参数包括要聚类的数据集和要分成的簇的数量K。

# 执行K-means聚类分析
k <- 2  # 聚类数
kmeans_result <-
在R语言中实现K-means聚类分析,可以通过内置的 `kmeans()` 函数完成。该函数位于基础包 `stats` 中,因此无需额外安装即可使用。以下是一个完整的示例,涵盖数据准备、聚类执行、结果可视化以及注意事项。 ### 数据准备 在进行K-means聚类之前,通常需要对数据进行标准化处理,以避免不同量纲的变量对聚类结果产生不均衡影响。可以使用 `scale()` 函数对数据进行Z-score标准化。 ```r # 加载必要的库 library(ggplot2) # 示例数据集:使用R内置的iris数据集 data(iris) # 选取数值型变量进行聚类 iris_data <- iris[, 1:4] iris_scaled <- scale(iris_data) # 标准化数据 ``` ### 执行K-means聚类 使用 `kmeans()` 函数进行聚类,其中 `centers` 参数指定聚类数量。在实际应用中,选择合适的 `k` 值是一个关键问题,常见的方法包括肘部法(Elbow Method)和轮廓系数(Silhouette Analysis)。 ```r # 设置随机种子以保证结果可重复 set.seed(123) # 进行K-means聚类,假设k=3 k <- 3 kmeans_result <- kmeans(iris_scaled, centers = k, nstart = 25) # 查看聚类结果 print(kmeans_result) ``` ### 聚类结果分析 聚类完成后,可以查看每个簇的中心点、簇内误差平方和(within-cluster sum of squares)等信息。这些指标有助于评估聚类效果[^2]。 ```r # 查看各簇中心点 print(kmeans_result$centers) # 查看每个样本所属的簇 cluster_assignment <- kmeans_result$cluster ``` ### 结果可视化 可以使用 `ggplot2` 包将聚类结果可视化,例如将样本在两个主成分上的投影进行二维展示。 ```r # 使用主成分分析(PCA)降维以便可视化 pca_result <- prcomp(iris_scaled) pca_data <- as.data.frame(pca_result$x) pca_data$cluster <- as.factor(cluster_assignment) # 可视化聚类结果 ggplot(pca_data, aes(x = PC1, y = PC2, color = cluster)) + geom_point(size = 3) + labs(title = "K-means Clustering Visualization (PCA)") ``` ### 注意事项与优化策略 - **选择合适的K值**:可以通过肘部法或轮廓系数评估[^2]。 - **初始质心的影响**:建议设置 `nstart` 参数以尝试多个初始质心,避免陷入局部最优。 - **标准化数据**:确保所有变量处于相同尺度,避免某些变量主导聚类结果[^3]。 - **数据预处理**:检查缺失值并进行适当处理,必要时进行特征选择或降维。 ### 示例:肘部法选择K值 ```r # 肘部法选择最佳K值 wss <- sapply(1:10, function(k){kmeans(iris_scaled, k, nstart = 20)$tot.withinss}) # 绘制WSS曲线 plot(1:10, wss, type = "b", xlab = "Number of clusters", ylab = "Within-cluster sum of squares", main = "Elbow Method") ``` ---
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