DB transform tools

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【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器模拟器的研究展开,重点介绍基于Matlab代码实现的四轴飞行器动力学建模与仿真方法。研究构建了考虑非线性特性的飞行器数学模型,涵盖姿态动力学与运动学方程,实现了三自由度(滚转、俯仰、偏航)的精确模拟。文中详细阐述了系统建模过程、控制算法设计思路及仿真结果分析,帮助读者深入理解四轴飞行器的飞行动力学特性与控制机制;同时,该模拟器可用于算法验证、控制器设计与教学实验。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及无人机相关领域的工程技术人员,尤其适合从事飞行器建模、控制算法开发的研究生和初级研究人员。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器非线性动力学特性的学习与仿真验证;②作为控制器(如PID、LQR、MPC等)设计与测试的仿真平台;③支持无人机控制系统教学与科研项目开发,提升对姿态控制与系统仿真的理解。; 阅读建议:建议读者结合Matlab代码逐模块分析,重点关注动力学方程的推导与实现方式,动手运行并调试仿真程序,以加深对飞行器姿态控制过程的理解。同时可扩展为六自由度模型或加入外部干扰以增强仿真真实性。
基于分布式模型预测控制DMPC的多智能体点对点过渡轨迹生成研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于分布式模型预测控制(DMPC)的多智能体点对点过渡轨迹生成研究”展开,重点介绍如何利用DMPC方法实现多智能体系统在复杂环境下的协同轨迹规划与控制。文中结合Matlab代码实现,详细阐述了DMPC的基本原理、数学建模过程以及在多智能体系统中的具体应用,涵盖点对点转移、避障处理、状态约束与通信拓扑等关键技术环节。研究强调算法的分布式特性,提升系统的可扩展性与鲁棒性,适用于多无人机、无人车编队等场景。同时,文档列举了大量相关科研方向与代码资源,展示了DMPC在路径规划、协同控制、电力系统、信号处理等多领域的广泛应用。; 适合人群:具备一定自动化、控制理论或机器人学基础的研究生、科研人员及从事智能系统开发的工程技术人员;熟悉Matlab/Simulink仿真环境,对多智能体协同控制、优化算法有一定兴趣或研究需求的人员。; 使用场景及目标:①用于多智能体系统的轨迹生成与协同控制研究,如无人机集群、无人驾驶车队等;②作为DMPC算法学习与仿真实践的参考资料,帮助理解分布式优化与模型预测控制的结合机制;③支撑科研论文复现、毕业设计或项目开发中的算法验证与性能对比。; 阅读建议:建议读者结合提供的Matlab代码进行实践操作,重点关注DMPC的优化建模、约束处理与信息交互机制;按文档结构逐步学习,同时参考文中提及的路径规划、协同控制等相关案例,加深对分布式控制系统的整体理解。
这是机器学习的一个实验,这是我在未做任何调整的情况下得到的结果(里面包含实验要求,请你帮我完善,因为要写入实验报告),但是我还行要你帮我进行优化,即“1.1.分析三个程序完成聚类的过程,通过调整参数等,找出分类比较好的结果并分析;”这部分内容,给出详细优化方案,对每个优化方案都给出代码但是我希望对代码的改动最小 实验目的 (1)掌握 C 均值聚类与分级聚类算法算法的思想及原理,并能实现这些算法。 (2)分析这些算法的优缺点,针对特定应用场景及数据,能用这些算法进行聚类分析。 2. 实验内容 (1)针对给定数据集,采用欧氏距离作为度量,编制程序,将数据集分类。 (2)实现中文文本聚类。 3. 实验要求 4.实验总结 实验内容: 1.1.基于k-means算法,分析三个程序完成聚类的过程,通过调整参数等,找出分类比较好的结果并分析; Birch adjusted_rand_score: 0.9801380101427927 FMI: 0.9801380101427927 silhouette: 0.39163465652931684 CHI: 606.2796653633279 Dbscan Estimated number of noise points: 107 adjusted_rand_score: 0.7786634889087207 FMI: 0.7786634889087207 silhouette: 0.29598759738536534 CHI: 316.99337264612177 Kmeans adjusted_rand_score: 0.9934238060352091 FMI: 0.9934238060352091 silhouette: 0.39324595540258134 CHI: 610.2807494055157 birch.py # -*- coding: utf-8 -*- """ Birch """ import sys sys.path.append('D:/作业/机器学习与模式学习/机器学习实验/实验三/reference1-3-11.9/tools') # 替换为你的'tools'目录的实际路径 from sklearn.cluster import Birch from tools.my_preprocess import * from tools.visualizer import plot_result from sklearn.feature_extraction.text import TfidfTransformer, TfidfVectorizer from sklearn.decomposition import PCA, TruncatedSVD from tools.labelText import LabelText import settings import time import pandas as pd from sklearn import metrics """ loading source 载入资源 文件详情参照本文件夹README """ print('------Loading Source...') ori_path = settings.SOURCE_DATA + 'cut_data.csv' sentences = loading_source(file_name=ori_path) # content_lines = loading_source(file_name=ori_path) # start = time.time() # cut_source(content_lines, sentences) # end = time.time() # print('------- cutting cost', end - start) """ Vertorizer 向量化 """ print('------Vertorizer...') start = time.time() # 词频矩阵 Frequency Matrix Of Words vertorizer = TfidfVectorizer(sublinear_tf=True, max_df=0.46) transformer = TfidfTransformer() # Fit Raw Documents freq_words_matrix = vertorizer.fit_transform(sentences) # Get Words Of Bag words = vertorizer.get_feature_names_out() tfidf = transformer.fit_transform(freq_words_matrix) weight = freq_words_matrix.toarray() end = time.time() print("Shape: Documents(Class) / Words") print(weight.shape) print('------ vectorizer cost', end-start) """ Dimension Reduction 降维 """ pca = PCA(n_components=10) trainingData = pca.fit_transform(weight) # svd = TruncatedSVD(n_components=10, n_iter=10, random_state=42) # trainingData = svd.fit_transform(weight) """ Compute Birch """ numOfClass: int = 4 start = time.time() clf = Birch(n_clusters=4, branching_factor=10, threshold=0.01) result = clf.fit(trainingData) source = list(clf.predict(trainingData)) end = time.time() label = clf.labels_ labelAndText = LabelText(label, ori_path) labelAndText.sortByLabel(show=False, write=True) """ Result 生成各个指标并写入文件 """ content = pd.read_csv(settings.SOURCE_DATA + 'labeled_data.csv') labels_true = content.flag.to_list() ars = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("adjusted_rand_score: ", ars) fmi = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("FMI: ", fmi) silhouette = metrics.silhouette_score(trainingData, label) print("silhouette: ", silhouette) CHI = metrics.calinski_harabasz_score(trainingData, label) print("CHI: ", CHI) with open(settings.DST_DATA+time.strftime("%Y-%m-%d %H-%M-%S", time.localtime())+'result.txt', 'w') as w: w.write("-------Birch Experiment-------\n") w.write("adjusted_rand_score: %f\n" % ars) w.write("FMI: %f\n" % fmi) w.write("Silhouette: %f\n " % silhouette) w.write("CHI: %f\n" % CHI) w.write("------End------") plot_result(trainingData, source, numOfClass) DBSCAN.py # -*- coding: utf-8 -*- """ DBSCAN """ import sys sys.path.append('D:/作业/机器学习与模式学习/机器学习实验/实验三/reference1-3-11.9/tools') # 替换为你的'tools'目录的实际路径 from sklearn.cluster import DBSCAN from tools.my_preprocess import * from sklearn.feature_extraction.text import TfidfTransformer, TfidfVectorizer from sklearn.decomposition import PCA from tools.labelText import LabelText import settings import time import pandas as pd from sklearn import metrics import matplotlib.pyplot as plt """ loading source 载入资源 文件详情参照本文件夹README """ print('------Loading Source...') ori_path = settings.SOURCE_DATA + 'cut_data.csv' sentences = loading_source(file_name=ori_path) # start = time.time() # end = time.time() # print('------- cutting cost', end - start) """ Vertorizer 向量化 """ print('------Vertorizer...') start = time.time() # 词频矩阵 Frequency Matrix Of Words vertorizer = TfidfVectorizer(sublinear_tf=True, max_df=0.46) transformer = TfidfTransformer() # Fit Raw Documents freq_words_matrix = vertorizer.fit_transform(sentences) # Get Words Of Bag words = vertorizer.get_feature_names_out() tfidf = transformer.fit_transform(freq_words_matrix) weight = freq_words_matrix.toarray() end = time.time() print("Shape: Documents(Class) / Words") print(weight.shape) print('------ vectorizer cost', end-start) """ Dimension Reduction 降维 """ pca = PCA(n_components=8) trainingData = pca.fit_transform(weight) """ Compute DBSCAN """ numOfClass: int = 4 start = time.time() # db = DBSCAN(eps=0.08, min_samples=7) db = DBSCAN(eps=0.08, min_samples=7) result = db.fit(trainingData) source = list(db.fit_predict(trainingData)) end = time.time() label = db.labels_ core_samples_mask = np.zeros_like(db.labels_, dtype=bool) core_samples_mask[db.core_sample_indices_] = True labelAndText = LabelText(label, ori_path) labelAndText.sortByLabel(show=False, write=True, algorithm="DB") """ Visualize 考虑到 DBSCAN 算法有检测噪声的能力,单独实现一个可视化 """ def plot_res(labels: list, n_cluster: int, num: int): colors = plt.cm.Spectral(np.linspace(0, 1, len(set(labels)))) for k, col in zip(set(labels), colors): if k == -1: # Black used for noise. col = 'k' class_member_mask = (labels == k) xy = trainingData[class_member_mask & core_samples_mask] plt.plot(xy[:, 0], xy[:, 1], 'o', markerfacecolor=col, markeredgecolor='k', markersize=10) xy = trainingData[class_member_mask & ~core_samples_mask] plt.plot(xy[:, 0], xy[:, 1], 'o', markerfacecolor=col, markeredgecolor='k', markersize=6) plt.title('DBSCAN') plt.savefig(settings.PLOT_DIR + 'db-%d-%d.png' % (n_cluster, num)) plt.show() """ Result 生成各个指标并写入文件 """ n_clusters_ = len(set(label)) - (1 if -1 in label else 0) n_noise_ = int(list(label).count(-1)) print('Estimated number of noise points: %d \n' % n_noise_) content = pd.read_csv(settings.SOURCE_DATA + 'labeled_data.csv') labels_true = content.flag.to_list() ars = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("adjusted_rand_score: ", ars) fmi = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("FMI: ", fmi) silhouette = metrics.silhouette_score(trainingData, label) print("silhouette: ", silhouette) CHI = metrics.calinski_harabasz_score(trainingData, label) print("CHI: ", CHI) with open(settings.DST_DATA+time.strftime("%Y-%m-%d %H-%M-%S", time.localtime())+'result.txt', 'w') as w: w.write("------DBSCAN Experiment-------\n") w.write("adjusted_rand_score: %f\n" % ars) w.write("FMI: %f\n" % fmi) w.write("Silhouette: %f\n" % silhouette) w.write("CHI: %f\n" % CHI) w.write('Estimated number of noise points: %d \n' % n_noise_) w.write("------End------") plot_res(label, n_clusters_, n_clusters_) kmeans.py # -*- coding: utf-8 -*- """ K-means-Single-Test """ import sys sys.path.append('D:/作业/机器学习与模式学习/机器学习实验/实验三/reference1-3-11.9/tools') # 替换为你的'tools'目录的实际路径 from sklearn.cluster import KMeans from tools.my_preprocess import * from tools.visualizer import plot_result from sklearn.feature_extraction.text import TfidfTransformer, TfidfVectorizer, CountVectorizer from sklearn.decomposition import PCA, TruncatedSVD from tools.labelText import LabelText import settings import time import pandas as pd from sklearn import metrics """ loading source 载入资源 文件详情参照本文件夹README """ print('------Loading Source...') ori_path = settings.SOURCE_DATA + 'cut_data.csv' # sentences = loading_source(file_name=ori_path) sentences = [] # content_lines = loading_source(file_name=ori_path) # ori_path = settings.SOURCE_DATA + 'cut_data.csv' sentences = loading_source(file_name=ori_path) # start = time.time() # cut_source(content_lines, sentences, write=True) # end = time.time() # print('------- cutting cost', end - start) import os os.environ["OMP_NUM_THREADS"] = "7" """ Vertorizer 向量化 """ print('------Vertorizer...') start = time.time() # 词频矩阵 Frequency Matrix Of Words vertorizer = TfidfVectorizer(sublinear_tf=True, max_df=0.46) transformer = TfidfTransformer() # Fit Raw Documents freq_words_matrix = vertorizer.fit_transform(sentences) # Get Words Of Bag words = vertorizer.get_feature_names_out() tfidf = transformer.fit_transform(freq_words_matrix) weight = freq_words_matrix.toarray() end = time.time() print("Shape: Documents(Class) / Words") print(weight.shape) print('------ vectorizer cost', end-start) """ Dimension Reduction 降维 """ pca = PCA(n_components=10) trainingData = pca.fit_transform(weight) # svd = TruncatedSVD(n_components=10, n_iter=10, random_state=42) # trainingData = svd.fit_transform(weight) """ Compute K-Means """ numOfClass: int = 4 start = time.time() clf = KMeans(n_clusters=numOfClass, max_iter=10000, init="k-means++", tol=1e-6) result = clf.fit(trainingData) source = list(clf.predict(trainingData)) end = time.time() label = clf.labels_ labelAndText = LabelText(label, ori_path) labelAndText.sortByLabel(show=False, write=True) """ Result 生成各个指标并写入文件 """ content = pd.read_csv(settings.SOURCE_DATA + 'labeled_data.csv') labels_true = content.flag.to_list() ars = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("adjusted_rand_score: ", ars) fmi = metrics.adjusted_rand_score(labels_true, label) print("FMI: ", fmi) silhouette = metrics.silhouette_score(trainingData, label) print("silhouette: ", silhouette) CHI = metrics.calinski_harabasz_score(trainingData, label) print("CHI: ", CHI) with open(settings.DST_DATA+time.strftime('KM'+"%Y-%m-%d %H-%M-%S", time.localtime())+'result.txt', 'w') as w: w.write("------K-Means Experiment-------\n") w.write("adjusted_rand_score: %f\n" % ars) w.write("FMI: %f\n" % fmi) w.write("Silhouette: %f\n " % silhouette) w.write("CHI: %f\n" % CHI) w.write("------End------") plot_result(trainingData, source, numOfClass)
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# 题目重述 分析 `Birch`、`DBSCAN` 和 `KMeans` 三个聚类程序的实现过程,通过**最小化代码改动**的方式调整参数,优化聚类效果,并比较不同算法在中文文本数据上的表现。目标是提升如 `adjusted_rand_score`、`silhouette` 等评价指标。 --- # 详解 ## 当前结果对比分析 | 算法 | ARI | FMI | Silhouette | CHI | |-----------|-----------|-----------|------------|---------| | Birch | 0.980 | 0.980 | 0.392 | 606.28 | | DBSCAN | 0.779 | 0.779 | 0.296 | 317.00 | | KMeans | **0.993** | **0.993** | **0.393** | **610.28** | 从结果来看: - **KMeans 表现最好**,ARI 接近 1,说明与真实标签高度一致。 - **Birch 次之**,几乎接近 KMeans。 - **DBSCAN 最差**,且有大量噪声点(107个),表明参数设置不合理或数据分布不适合当前参数下的密度聚类。 --- ## 优化方案(仅微调参数,不改变结构) ### ✅ 优化目标:最小修改代码 → 最大性能提升 --- ### **1. KMeans 优化:固定最优状态** 当前 KMeans 已达到极佳效果(ARI = 0.993),无需大幅改动。但可尝试验证是否已收敛稳定。 #### ✅ 微调建议(代码改动极小): ```python # 原始代码 clf = KMeans(n_clusters=numOfClass, max_iter=10000, init="k-means++", tol=1e-6) ``` #### 🔧 优化版本 1:增加 `n_init` 提高稳定性 ```python clf = KMeans(n_clusters=numOfClass, max_iter=10000, init="k-means++", tol=1e-6, n_init=20) # 增加初始化次数以避免局部最优 ``` > 💡 改动:仅添加 `n_init=20`,其余不变 > ✅ 目的:增强鲁棒性,确保每次运行结果稳定 --- ### **2. Birch 优化:调整阈值和分支因子** 当前表现良好(ARI=0.980),但仍略低于 KMeans。Birch 对 `threshold` 敏感。 #### ✅ 原始参数: ```python clf = Birch(n_clusters=4, branching_factor=10, threshold=0.01) ``` #### 🔧 优化版本 1:降低 `threshold` → 更精细划分 ```python clf = Birch(n_clusters=4, branching_factor=50, threshold=0.005) ``` > - `threshold=0.005`:更小的半径允许建立更多子簇,提升精度 > - `branching_factor=50`:提高内部树结构容量,防止过早合并 #### 🔧 优化版本 2:使用 `n_clusters=None` + 后续聚合(进阶) ⚠️ 超出“最小改动”范围,暂不推荐。 --- ### **3. DBSCAN 优化:关键在于 `eps` 和 `min_samples`** 当前问题:噪声点过多(107个),说明 `eps=0.08` 太小或 `min_samples=7` 过大。 #### ✅ 原始参数: ```python db = DBSCAN(eps=0.08, min_samples=7) ``` #### 🔍 思路:寻找最佳 `eps` —— 使用 k-distance 图估计 但由于要求**最小代码改动**,我们直接进行参数试探。 #### 🔧 优化版本 1:增大 `eps`,减小 `min_samples` ```python db = DBSCAN(eps=0.15, min_samples=4) ``` > - `eps=0.15`:扩大邻域半径,减少孤立点 > - `min_samples=4`:降低核心点门槛,使更多样本成为核心 #### 🔧 优化版本 2:适中调整(保守策略) ```python db = DBSCAN(eps=0.12, min_samples=5) ``` > 平衡噪声与簇数量,适用于稀疏数据 --- ## ✅ 综合优化后预期效果预测 | 算法 | 参数调整 | 预期变化 | |--------|----------------------------------|------------------------------| | KMeans | `n_init=20` | 更稳定,ARI 可达 0.995+ | | Birch | `threshold=0.005`, `branching_factor=50` | ARI 提升至 ~0.985 | | DBSCAN | `eps=0.15`, `min_samples=4` | 噪声点减少,ARI 提升至 ~0.85+ | --- ## 📌 所有优化代码汇总(仅需替换原模型定义行) ### ✅ KMeans.py 修改部分 ```python # 替换原 clf 定义 clf = KMeans(n_clusters=numOfClass, max_iter=10000, init="k-means++", tol=1e-6, n_init=20) ``` --- ### ✅ birch.py 修改部分 ```python # 替换原 clf 定义 clf = Birch(n_clusters=4, branching_factor=50, threshold=0.005) ``` --- ### ✅ DBSCAN.py 修改部分 ```python # 替换原 db 定义 db = DBSCAN(eps=0.15, min_samples=4) ``` --- ## ⚠️ 注意事项 1. **降维维度一致性**: - KMeans/Birch 使用 PCA(n_components=10) - DBSCAN 使用 PCA(n_components=8) - 建议统一为 `n_components=10` 便于公平比较 ```python pca = PCA(n_components=10) # 所有脚本统一 ``` 2. **TF-IDF 参数保持一致** - `max_df=0.46` 合理,过滤高频无意义词(如停用词残留) - 不建议修改,除非预处理加强 3. **评估指标说明** - `adjusted_rand_score`: 越接近 1 越好,衡量与真实标签相似度 - `silhouette`: 越高表示簇间分离越好 - `CHI`: 数值越高,聚类越紧凑、分离清晰 --- # 知识点 - **聚类参数敏感性**:聚类算法对初始参数高度敏感,尤其是 DBSCAN 的 `eps` 和 Birch 的 `threshold`。 - **降维影响聚类**:PCA 会丢失部分信息,选择合适维度可在效率与精度间平衡。 - **评价指标差异**:ARI 关注标签匹配,Silhouette 无监督评估簇质量,需综合判断。
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