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系统聚类法的详细阐述

一、定义

系统聚类法是一种基于数据点之间距离来进行聚类的方法。它将所有数据点都看作独立的类,然后不断地将距离最近的两个点合并成一类,直至只剩下一个类或者满足一定的终止条件为止。

代码示例:

from sklearn.cluster import AgglomerativeClustering

clustering = AgglomerativeClustering().fit(X)

二、距离计算方法

在系统聚类法中,距离计算方法是非常重要的。常见的距离计算方法有欧氏距离、曼哈顿距离、余弦相似度等。对于不同的应用场景,选择合适的距离计算方法才能得到更好的聚类效果。

代码示例:

from scipy.spatial.distance import pdist, squareform

# 计算欧氏距离
distances = pdist(X, metric='euclidean')
squareform(distances)

三、聚类可视化

通过聚类可视化,我们可以更直观地了解每个簇的数据分布情况。对于高维数据,可以使用降维方法,如PCA或者t-SNE将数据降低到二维或三维,然后进行可视化。

代码示例:

import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.decomposition import PCA

pca = PCA(n_components=2)
X_pca = pca.fit_transform(X)

plt.scatter(X_pca[:, 0], X_pca[:, 1], c=clustering.labels_)

四、簇的评价指标

在聚类过程中,如何评价聚类效果是一个非常重要的问题。常见的簇的评价指标有轮廓系数、Davies-Bouldin指数、Calinski-Harabasz指数等。

代码示例:

from sklearn.metrics import silhouette_score, davies_bouldin_score, calinski_harabasz_score

# 计算轮廓系数
silhouette_score(X, clustering.labels_)

# 计算Davies-Bouldin指数
davies_bouldin_score(X, clustering.labels_)

# 计算Calinski-Harabasz指数
calinski_harabasz_score(X, clustering.labels_)

五、终止条件

在系统聚类法中,终止条件可以是类数达到预先设定的值,也可以是距离达到某个设定的阈值。针对不同的应用场景,选择不同的终止条件是很重要的。

代码示例:

clustering = AgglomerativeClustering(n_clusters=5).fit(X)

# 或者

clustering = AgglomerativeClustering(distance_threshold=1.5).fit(X)