【AI深究】层次聚类(Hierarchical Clustering)四大链接法全网最详细全流程详解与案例(附Python代码演示) | 单链法、全链法、平均法、中心法 | 例子案例及数据

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大家好,我是爱酱。本期我们将用详细案例和流程,分别演示单链法、全链法、平均法和中心法四种主流链接方式的层次聚类。每种方法都配有具体合并步骤、距离计算和结果解读,帮助新手和进阶读者彻底理解层次聚类的核心思想和实际操作。

注:本文章含大量数学算式、详细例子说明及代码演示,大量干货,建议先收藏再慢慢观看理解。新频道发展不易,你们的每个赞、收藏跟转发都是我继续分享的动力!


一、层次聚类的基本流程

我们先要知道聚类的种类:

  • 凝聚型(Agglomerative):每个点单独为一类,逐步合并最近的两类,直到只剩一个大类或达到预设簇数。

  • 分裂型(Divisive):所有点先是一类,逐步分裂成更小的簇,直到每个点单独成类或达到预设簇数。

实际应用中,凝聚型更常用。在这篇文章,我们也会预设使用凝聚型。相信大家在搞明白凝聚型后,也能举一反三,知道分裂型是怎么运作的!


二、距离度量与四大链接法

1. 单链法(Single Linkage)

d_{\text{single}}(A, B) = \min_{x \in A, y \in B} \|x - y\|

2. 全链法(Complete Linkage)

d_{\text{complete}}(A, B) = \max_{x \in A, y \in B} \|x - y\|

3. 平均法(Average Linkage)

d_{\text{average}}(A, B) = \frac{1}{|A||B|} \sum_{x \in A} \sum_{y \in B} \|x - y\|

4. 中心法(Centroid Linkage)

d_{\text{centroid}}(A, B) = \|\mu_A - \mu_B\|

其中 $\mu_A$$\mu_B$ 分别为簇 $A$$B$ 的均值。


三、案例数据

假设有5个样本点:A、B、C、D、E,欧氏距离矩阵(Euclidean Distance Matrix)如下:
基本上,表格的数字就是代表该点于目标点的绝对距离差异(标量)。

A B C D E
A 0 2 6 10 9
B 2 0 5 9 8
C 6 5 0 4 5
D 10 9 4 0 3
E 9 8 5 3 0

四、四大链接法的完整流程

1. 单链法(Single Linkage)流程

Step 1:初始化

每个点为一类:

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