聚类算法实例:K-Means实现图像分割

K-Means聚类

K-means算法是经典的基于划分的聚类方法

基本思想

以空间中的k个点为中心进行聚类,对最靠近它们的对象归类,类别数为k。不断迭代,逐次更新各聚类中心的值,直至得到最好的聚类结果。
最终的k个聚类具有以下特点

各聚类本身尽可能的紧凑,而各聚类之间尽可能的分开。该算法的最大优势在于简洁和快速,算法的关键在于预测可能分类的数量以及初始中心和距离公式的选择。

算法描述

假设要把样本集分为k个类别
(1)初始时随机地从样本集D={X1,X2,...,Xm}中选择k个点作为k个类的初始聚类中心;
(2)在第i次迭代中,对任意一个样本点,求其到聚类k个中心的距离,将该样本点归到距离最短的聚类中心所在的类;
(3)利用均值等方法更新该类的聚类中心;
(4)对于所有的k个聚类中心,如果利用(2)(3)的迭代法更新后,值保持不变或相差很小,则迭代结束,否则继续迭代。

局限

K-Means是线性分类器,对于线性不可分数据就会失效,如

运用K-means算法进行图像分割, K-means算法是很典型的基于距离的聚类算法,采用距离作为相似性的评价指标,即认为两个对象的距离越近,其相似度就越大。该算法认为簇是由距离靠近的对象组成的,因此把得到紧凑且独立的簇作为最终目标。 k个初始类聚类中心点的选取对聚类结果具有较大的 公式 公式 影响,因为在该算法第一步中是随机的选取任意k个对象作为初始聚类的中心,初始地代表一个簇。该算法在每次迭代中对数据集中剩余的每个对象,根据其与各个簇中心的距离将每个对象重新赋给最近的簇。当考察完所有数据对象后,一次迭代运算完成,新的聚类中心被计算出来。如果在一次迭代前后,J的值没有发生变化,说明算法已经收敛。 算法过程如下: 1)从N个文档随机选取K个文档作为质心 2)对剩余的每个文档测量其到每个质心的距离,并把它归到最近的质心的类 3)重新计算已经得到的各个类的质心 4)迭代2~3步直至新的质心与原质心相等或小于指定阈值,算法结束 具体如下: 输入:k, data[n]; (1) 选择k个初始中心点,例如c[0]=data[0],…c[k-1]=data[k-1]; (2) 对于data[0]….data[n],分别与c[0]…c[k-1]比较,假定与c[i]差值最少,就标记为i; (3) 对于所有标记为i点,重新计算c[i]={ 所有标记为i的data[j]之和}/标记为i的个数; (4) 重复(2)(3),直到所有c[i]值的变化小于给定阈值。 折叠工作原理 K-MEANS算法的工作原理及流程 K-MEANS算法 输入:聚类个数k,以及包含 n个数据对象的数据库。 输出:满足方差最小标准的k个聚类
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