k-means k均值聚类的弱点/缺点

Similar to other algorithm, K-mean clustering has many weaknesses:

 

1 When the numbers of data are not so many, initial grouping will determine the cluster significantly.  当数据数量不是足够大时,初始化分组很大程度上决定了聚类,影响聚类结果。
2 The number of cluster, K, must be determined before hand.  要事先指定K的值。
3 We never know the real cluster, using the same data, if it is inputted in a different order may produce different cluster if the number of data is a few. 数据数量不多时,输入的数据的顺序不同会导致结果不同。
4 Sensitive to initial condition. Different initial condition may produce different result of cluster. The algorithm may be trapped in the local optimum. 对初始化条件敏感。
5 We never know which attribute contributes more to the grouping process since we assume that each attribute has the same weight. 无法确定哪个属性对聚类的贡献更大。
6 weakness of arithmetic mean is not robust to outliers. Very far data from the centroid may pull the centroid away from the real one. 使用算术平均值对outlier不鲁棒。
7 The result is circular cluster shape because based on distance.  因为基于距离,故结果是圆形的聚类形状。

 

One way to overcome those weaknesses is to use K-mean clustering only if there are available many data. To overcome outliers problem, we can use median instead of mean.  克服缺点的方法: 使用尽量多的数据;使用中位数代替均值来克服outlier的问题。

Some people pointed out that K means clustering cannot be used for other type of data rather than quantitative data. This is not true! See how you can use multivariate data up to n dimensions (even mixed data type) here. The key to use other type of dissimilarity is in the distance matrix.

 

http://people.revoledu.com/kardi/tutorial/kMean/Weakness.htm

<think>嗯,用户想了解或实现KMeans聚类算法进行分类,我需要先理清楚他们的需求。首先,KMeans主要用于聚类,属于无监督学习,而分类通常是有监督的。可能用户是希望用聚类结果来辅助分类任务,或者他们可能混淆了这两个概念。需要先澄清这一点,但根据问题中的“进行分类”,可能需要解释如何将聚类结果用于分类场景。 接下来,用户需要实现KMeans的示例,可能需要代码演示。Python的sklearn库是常用的,所以应该用sklearn的KMeans来展示。同时,引用中提到了sklearn的相关内容,比如引用1和引用2,可以整合这些信息。 用户提到“实现分类”,可能需要说明聚类和分类的区别,以及如何结合使用。例如,聚类可以作为特征预处理步骤,帮助分类模型。或者,在标记数据不足时,用聚类来发现潜在结构,再人工标注进行分类。 需要确保回答结构清晰,分步骤说明算法原理、实现步骤、代码示例以及应用场景。同时,按照用户的要求生成相关问题,可能涉及KMeans的优缺点、如何选择K值、其他聚类算法比较等。 检查用户提供的引用,引用4提到选择聚类算法的问题,可以提到K值的选择方法,如肘部法则。引用5展示了R语言的示例,但用户可能需要Python代码,所以需要转换示例到Python,使用sklearn。 另外,用户可能对评估聚类结果的方法感兴趣,比如轮廓系数或 inertia_。代码示例后需要解释结果,比如聚类中心、可视化,如引用5中的aggregate函数,对应到Python中的groupby和mean。 最后,确保回答符合系统级指令:数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,正确的中文回答,生成相关问题,引用标记正确。例如,在解释目标函数时,使用$$J = \sum_{i=1}^k \sum_{x \in C_i} ||x - \mu_i||^2$$,并引用相关文献。 可能需要指出KMeans的局限性,如对初始质心敏感、球形簇假设等,如引用4提到的K值选择的弱点。同时,优化方法如KMeans++初始化,可以提升性能,这也是相关问题的一部分。 总结回答结构:原理、步骤、代码、应用,最后相关问题。确保每个部分引用合适的文献,比如引用1和2的原理部分,引用5的代码示例相关。</think>### KMeans聚类算法实现分类的步骤示例 #### 一、算法原理 KMeans是一种基于**质心**的无监督聚类算法,目标是将$n$个样本划分到$k$个簇中,使得每个样本到所属簇中心的距离最小。其数学目标函数为: $$J = \sum_{i=1}^k \sum_{x \in C_i} ||x - \mu_i||^2$$ 其中$\mu_i$是第$i$个簇的质心,$C_i$表示第$i$个簇的样本集合[^1]。 #### 二、实现步骤 1. **选择簇数**:指定聚类数量$k$(可通过肘部法则或轮廓系数优化[^4]) 2. **初始化质心**:随机选择$k$个样本作为初始质心 3. **迭代优化**: - **分配样本**:将每个样本分配到最近的质心所属簇 - **更新质心**:重新计算每个簇的均值作为新质心 4. **终止条件**:质心不再变化或达到最大迭代次数 #### 三、Python代码示例(使用sklearn) ```python from sklearn.cluster import KMeans import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 生成示例数据(二维高斯分布) X = np.concatenate([ np.random.normal(loc=[0,0], scale=1, size=(100,2)), np.random.normal(loc=[5,5], scale=1, size=(100,2)) ]) # 1. 模型训练 kmeans = KMeans(n_clusters=2, init='k-means++', max_iter=300) kmeans.fit(X) # 2. 查看结果 print("簇中心坐标:\n", kmeans.cluster_centers_) print("样本所属簇:", kmeans.labels_[:5]) # 展示前5个样本的聚类结果 # 3. 可视化 plt.scatter(X[:,0], X[:,1], c=kmeans.labels_, cmap='viridis') plt.scatter(kmeans.cluster_centers_[:,0], kmeans.cluster_centers_[:,1], s=200, marker='X', c='red') plt.title('KMeans聚类结果') plt.show() ``` #### 四、分类应用场景 1. **客户分群**:根据消费行为划分用户群体,辅助制定营销策略 2. **图像分割**:将相似像素聚类实现图像区域划分 3. **异常检测**:将离群点识别为独立小簇 4. **特征工程**:将聚类结果作为新特征输入分类模型[^2] #### 五、注意事项 - **数据标准化**:需对特征进行归一化处理(如Z-score) - **K值选择**:可通过肘部法则(观察SSE下降拐点)或轮廓系数 - **局限性**:对非球形簇、不同密度簇效果较差[^4]
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