时间序列聚类

博客聚焦时间序列聚类,这是一种无监督学习方法,旨在将未标记的时间序列对象划分为同质组。其算法功能包括识别联合动态、消除时移和生成可解释特征。聚类方法分为基于功能(先提取特征再聚类)和基于原始数据(直接聚类)两类。

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时间序列聚类

聚类:聚成几类 无监督

时间序列聚类:无监督,旨在将未标记的时间序列对象划分为同质的组/集群。同一集群中的时间序列其他集群中的时间序列彼此更相似

算法功能:

  • 识别整个序列的联合动态
  • 消除序列之间的滞后(时移)(通常称为滞后不变性) 
  • 生成可解释的特征。

分类:

1.基于功能 - 使用特征提取转换原始数据,在生成的要素上运行聚类

即先提取,再聚类

2.基于原始数据 - 在时间序列中直接应用矢量,无需任何空间转换

直接聚类

 

### Python 中时间序列聚类的方法、库与教程 #### 方法概述 时间序列聚类旨在将具有相似模式时间序列分组在一起。对于Python中的时间序列聚类,可以采用多种方法和技术来实现这一目标。其中一种流行的技术是`k-Shape`,这是一种专注于时间序列形状的聚类算法[^2]。 #### 常见库介绍 为了方便开发者进行时间序列聚类操作,Python社区提供了多个强大的库: - **tslearn**: 这是一个专门用于时间序列机器学习任务的库,支持各种类型的模型,包括但不限于聚类、分类和支持向量机等。特别地,此库实现了`KShape`算法,允许用户轻松应用到自己的项目中。 - **sktime**: 提供了一个统一接口来进行时间序列分析的任务,比如预测、回归以及分类和聚类等功能。它不仅兼容scikit-learn API风格,还扩展了许多专为时间序列设计的新特性。 - **pyclustering**: 支持广泛的集群技术,其中包括动态时间规整(DTW)-基的层次聚类和其他传统方法如K-means++。虽然不直接提供`k-shape`功能,但是可以通过自定义距离度量函数间接实现类似的逻辑。 #### 实现案例 下面展示如何使用`tslearn`库完成一次简单的时间序列聚类实验: ```python from tslearn.clustering import KShape import numpy as np import pandas as pd # 创建模拟数据集 np.random.seed(0) n_samples, n_features = 100, 8 X = np.array([np.sin(np.linspace(0, 4 * np.pi, n_features)) for _ in range(n_samples)]) # 添加一些噪声使样本更加真实 noise_level = 0.5 for i in range(len(X)): X[i] += noise_level * (np.random.rand(n_features) - 0.5) df = pd.DataFrame(X) # 将DataFrame转换成适合输入的形式 data_for_clustering = df.values.reshape((len(df), len(df.columns))) # 初始化并拟合KS模型 ks_model = KShape(n_clusters=3, verbose=True, random_state=42).fit(data_for_clustering) # 获取标签分配情况 labels = ks_model.labels_ print("Cluster labels:", labels[:10]) ``` 这段代码首先构建了一组正弦波形的数据点集合,并通过加入随机扰动使其更接近实际情况;接着调用了来自`tslearn`包下的`KShape()`函数对象完成了实际建模过程;最后打印出了前十个观测值所属类别编号的信息。
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