OPTICS 聚类

1 定义(核心点,核心距离,可达距离)

核心点(核心对象):ε邻域内,数据个数大于等于阈值的点。
核心距离:使每个点成为核心对象的最小距离。
可达距离:若x为核心点,则y关于x的可达距离为,y与x的欧氏距离和x的核心距离,中的最大值。

2 算法流程

输入:数据样本 D,初始化所有点的可达距离和核心距离为MAX,半径ε,阈值 MinPts。
1、建立两个队列,有序队列和结果队列。
2、如果D中非空,则从D中选择一个未处理的核心对象,将该核心对象放入结果队列,该核心点的直接密度可达点放入有序队列,直接密度可达点按可达距离升序排列;
3、如果有序队列为空,则回到步骤2,否则从有序队列中取出第一个点;
3.1 判断该点是否为核心点,不是则回到步骤3,是的话则将该点存入结果队列,否则回到步骤3
3.2 该点是核心点,然后找到其所有直接密度可达点,并将这些点放入有序队列,且将有序队列中的点按照可达距离重新排序,如果该点已经在有序队列中且新的可达距离较小,则更新该点的可达距离。
3.3 重复步骤3,直至有序队列为空。
4、算法结束。

1、从结果队列中按顺序取出点,如果该点的可达距离不大于给定半径ε,则该点属于当前类别,否则至步骤2;

2、如果该点的核心距离大于给定半径ε,则该点为噪声,可以忽略,否则该点属于新的聚类,跳至步骤1;

3、结果队列遍历结束,则算法结束。

### OPTICS聚类算法实现 #### 使用Python的Scikit-Learn库实现OPTICS聚类算法 ```python from sklearn.cluster import OPTICS import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 创建示例数据集 X = np.array([[1, 2], [2, 5], [3, 6], [8, 7], [8, 8], [7, 3]]) # 初始化并训练模型 clustering = OPTICS(min_samples=2).fit(X) # 获取标签和其他属性 labels = clustering.labels_ reachability = clustering.reachability_[clustering.ordering_] # 可视化结果 plt.figure(figsize=(10, 7)) plt.title('Reachability plot') plt.plot(reachability, 'b-', alpha=0.5) plt.ylabel('Reachability distance') plt.xlabel('Order of points') plt.figure(figsize=(10, 7)) plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], s=50, c=labels, marker="^", edgecolors=None, linewidths=1, cmap="cool") plt.title("Cluster Samples") plt.grid() plt.xlabel("f1") plt.ylabel("f2") plt.axis("equal") plt.show() ``` 此代码展示了如何利用`scikit-learn`中的`OPTICS`模块来执行聚类操作,并通过图表展示可达距离以及最终形成的簇分布情况[^3]。 对于Java和C++而言,虽然这些语言本身并没有像Python那样拥有专门针对机器学习的高度集成化的库,但是仍然可以找到第三方库支持: - **Java**: Weka提供了一个强大的平台用于处理各种类型的机器学习任务,其中包括实现了OPTICS在内的多个密度基聚类算法。用户可以直接调用API完成相应功能[^4]。 - **C++**: MLpack是一个高效的C++机器学习库,其中也包含了OPTICS算法的支持。开发者可以根据官方文档指导安装mlpack环境后编写相应的程序来进行数据分析工作。
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