python之sklearn- 分类算法-2.1 数据集介绍与划分

一,sklearn数据集介绍

1,api
  • sklearn.datasets
    • 加载获取流行数据集
    • datasets.load_*()
      • 获取小规模数据集,数据包含在datasets里
    • datasets.fetch_*(data_home=None)
      • 获取大规模数据集,需要从网络上下载,函数的第一个参数是data_home,表示数据集下载的目录,默认是 ~/scikit_learn_data/
2,返回类型
  • load 和 fetch 返回的数据类型datasets.base.Bunch(字典格式)
    • data:特征数据数组,是 [n_samples * n_features] 的二维 numpy.ndarray 数组
    • target:标签数组,是 n_samples 的一维 numpy.ndarray 数组
    • DESCR:数据描述
    • feature_names:特征名,新闻数据,手写数字、回归数据集没有
    • target_names:标签名
3,分类、回归数据集实例
from sklearn.datasets import load_iris,load_boston,fetch_20newsgroups

# 1,分类数据集
# lr = load_iris()
# print("特征值",lr.data)
# print("目标值",lr.target)
# print(lr.feature_names)
# print(lr.target_names)
# print(lr.DESCR)

# 2,回归数据集
# lb = load_boston()
# print("特征值",lb.data)
# print("目标值",lb.target)
# print(lb.feature_names)

# 3,数据量比较大的数据集
# subset: 'train'或者'test','all',可选,选择要加载的数据集.训练集的“训练”,
# 测试集的“测试”,两者的“全部”
news = fetch_20newsgroups(subset='all')
print("特征值",news.data)
print("目标值",news.target)

---------------------------------------------------------------
Downloading 20news dataset. This may take a few minutes.
Downloading dataset from https://ndownloader.figshare.com/files/5975967 (14 MB)

二, 数据集的划分

1,数据集的划分

机器学习一般的数据集会划分为两个部分:

  • 训练数据:用于训练,构建模型
  • 测试数据:在模型检验时使用,用于评估模型是否有效

划分比例:

  • 训练集:70% 80% 75%
  • 测试集:30% 20% 30%
2,API
  • sklearn.model_selection.train_test_split(arrays, *options)
    • x 数据集的特征值
    • y 数据集的标签值
    • test_size 测试集的大小,一般为float
    • random_state 随机数种子,不同的种子会造成不同的随机采样结果。相同的种子采样结果相同。
    • return ,测试集特征训练集特征值值,训练标签,测试标签(默认随机取)
3,实例
from sklearn.datasets import load_iris,load_boston,fetch_20newsgroups
from sklearn.model_selection import train_test_split
# 1,分类数据集
lr = load_iris()
# print("特征值",lr.data)
# print("目标值",lr.target)
# print(lr.feature_names)
# print(lr.target_names)
# print(lr.DESCR)

# 2,回归数据集
# lb = load_boston()
# print("特征值",lb.data)
# print("目标值",lb.target)
# print(lb.feature_names)

# 3,数据量比较大的数据集
# news = fetch_20newsgroups(subset='all')
# print("特征值",news.data)
# print("目标值",news.target)

# 4,进行数据集的训练集和测试集划分
# 返回值有4个部分接受
# x,y特征值、目标值,train、test训练集和测试集
# x_train,x_test,y_train,y_test
x_train,x_test,y_train,y_test = train_test_split(lr.data,lr.target,test_size=0.3)
print("训练集的特征值和目标值:",x_train,y_train)
print("测试机的特征值和目标值:",x_test,y_test)
<think>好的,用户想了解如何用Python实现K-Means聚类进行用户分类,并且需要示例。我需要先回顾一下K-Means的基本概念和步骤,确保自己理解正确。然后,考虑到用户可能需要具体的代码示例,我应该整理一个清晰的实现流程,包括数据准备、模型训练、结果可视化等步骤。 首先,K-Means是一种无监督学习算法,用于将数据分成K个簇。核心步骤包括初始化中心点、分配数据点到最近的中心、重新计算中心点,迭代直到收敛。Python中常用的是sklearn库中的KMeans类,这应该是实现的关键部分。 接下来,用户可能需要生成示例数据或者使用真实数据集。为了方便演示,使用sklearn的make_blobs生成模拟数据比较合适,这样用户可以轻松运行代码并看到效果。同时,数据预处理部分,比如标准化,也是重要的一步,需要提到,因为K-Means对特征的尺度敏感。 然后,模型训练部分需要展示如何导入KMeans,设置参数如n_clusters,拟合数据,获取标签和中心点。代码示例应该简洁明了,注释清晰,让用户容易理解每一步的作用。 可视化是帮助理解聚类结果的重要手段,使用matplotlib绘制散点图,不同颜色代表不同簇,中心点用明显标记标出。这样用户能直观看到分类效果。 可能用户还想知道如何评估聚类效果,比如轮廓系数或肘部法则。虽然用户没有明确提到,但作为补充内容,可以简要介绍这些评估方法,并给出相关代码示例,比如使用肘部法则选择最佳K值,或者计算轮廓系数。 另外,用户分类的应用场景可能需要更具体的解释,比如在电商中的用户分群,根据购买行为、浏览历史等特征进行分类。这时候需要提到特征选择的重要性,以及如何根据业务需求调整聚类参数。 在注意事项部分,需要强调K-Means的局限性,比如对初始中心点敏感、需要预先指定K值、对异常值敏感等。可能用户在实际应用中会遇到这些问题,提前说明可以帮助他们避免常见错误。 最后,生成的相关问题需要覆盖算法原理、参数调优、评估方法、其他算法的对比以及实际应用案例,这样用户可以根据自己的需求进一步探索。 确保整个回答结构清晰,步骤分明,代码可运行,并且解释到位。同时,检查是否有遗漏的细节,比如数据标准化、特征工程的重要性,或者如何处理不同量纲的特征。这些都可能影响聚类效果,需要适当提及。 总结一下,回答的结构应该是:简介K-Means,步骤分解,代码实现(数据生成、预处理、模型训练、可视化),评估方法,应用示例,注意事项,以及相关问题。这样用户能够全面了解如何用Python实现K-Means聚类进行用户分类,并且有足够的参考信息进一步深入学习。</think>### Python实现K-Means聚类进行用户分类 #### 1. K-Means算法简介 K-Means是一种无监督学习算法,通过迭代将数据划分为$K$个簇。核心步骤包括: 1. **初始化**:随机选择$K$个质心(中心点) 2. **分配数据点**:将每个点分配到最近的质心对应的簇 3. **更新质心**:重新计算每个簇的质心 4. **重复步骤2-3**,直到质心不再显著变化或达到最大迭代次数[^1] #### 2. Python实现步骤 ##### 2.1 数据准备 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.datasets import make_blobs from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 生成模拟用户数据(特征:年龄、消费频率) X, _ = make_blobs(n_samples=300, centers=4, cluster_std=1.2, random_state=42) X = StandardScaler().fit_transform(X) # 标准化数据 ``` ##### 2.2 模型训练 ```python from sklearn.cluster import KMeans # 初始化模型 kmeans = KMeans(n_clusters=4, random_state=42) kmeans.fit(X) # 获取结果 labels = kmeans.labels_ centroids = kmeans.cluster_centers_ ``` ##### 2.3 结果可视化 ```python plt.figure(figsize=(10,6)) plt.scatter(X[:,0], X[:,1], c=labels, cmap='viridis', alpha=0.7) plt.scatter(centroids[:,0], centroids[:,1], marker='*', s=300, c='red') plt.title("用户聚类结果") plt.xlabel("标准化年龄") plt.ylabel("标准化消费频率") plt.show() ``` #### 3. 用户分类应用示例 假设有以下用户特征: - 特征1:月均登录次数 - 特征2:平均订单金额 - 特征3:最近一次消费间隔天数 ```python # 实际应用代码框架 def cluster_users(data_path): # 1. 加载数据 user_data = pd.read_csv(data_path) # 2. 特征工程 features = user_data[['login_count', 'avg_order_value', 'last_purchase_days']] scaled_features = StandardScaler().fit_transform(features) # 3. 确定最佳K值(肘部法则) distortions = [] K_range = range(2,10) for k in K_range: kmeans = KMeans(n_clusters=k) kmeans.fit(scaled_features) distortions.append(kmeans.inertia_) # 4. 选择K值并训练最终模型 optimal_k = 4 # 根据肘部法则确定 final_model = KMeans(n_clusters=optimal_k) final_model.fit(scaled_features) # 5. 输出结果 user_data['cluster'] = final_model.labels_ return user_data ``` #### 4. 评估指标 - **轮廓系数**(范围:[-1,1],越大越好): ```python from sklearn.metrics import silhouette_score score = silhouette_score(X, labels) ``` - **Davies-Bouldin指数**(越小越好) #### 5. 注意事项 1. 数据需要标准化处理(Z-score标准化) 2. 分类结果需要结合业务解读 3. 可能需要尝试不同初始化方法(`init='k-means++'`为默认推荐) 4. 异常值会显著影响质心位置
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