我眼里K-Means算法

在我眼里一切都是那么简单,复杂的我也看不懂,最讨厌那些复杂的人际关系,唉,像孩子一样交流不好吗。

学习K-Means算法时,会让我想起三国志这个游戏,界面是一张中国地图,诸侯分立,各自为据。但是游戏开始,玩家会是一个人一座城池(我比较喜欢这样,就有挑战性),然后不断的征战各方,占领城池

不断的扩大地盘,正常来说,征战的城池是距离自己较为近的,然后选择这些城池的中心位置作为主城。所以过来一段时间后,地图上就会出现几个主要的势力范围,三足鼎立正是如此。这个过程和K-Means算法十分相似。

接下来我们以下图为游戏地图为例来讲解K-Means算法,地图中的每一个城池为一个数据样例(包含城池的坐标),假如游戏开始设定三个游戏玩家(三个聚类中心K),游戏目的希望最后三个玩家各自为据形成右图的格局。开始游戏!

                                                                         

K-Means(k均值算法):

一开始先要介绍算法的整体流程

(1)随机初始化聚类中心的位置

(2)计算每一个点到聚类中心的距离,选取最小值分配给k(i)

  

(3)移动聚类中心(其实就是对所属它的样本点求平均值,就是它移动是位置)

  

(4)重复(2),(3)直到损失函数(也就是所有样本点到其所归属的样本中心的距离的和最小)

最后整体分类格局会变得稳定。

优化目标,也就是之前我们经常提到的损失函数

   

在不断的循环过程中,聚类中心也在不断地更新,直到上式距离总和收敛精确值的时候,获得最优解。

(1) 随机初始化

  为了游戏的公平性,使用随机的方式把三个游戏玩家分配到地图上三个城池中(这里需要注意聚类中心的个数一定要小于数据样本的个数)。随机初始化会遇见下面几种情况

  1 好的情况

  

  这种情况最为好,因为三个聚类中心已经很好的散布在三个主要的样本类上,再执行下面的算法就可以形成我们想要的分类。

   2

  

  这种情况就不太好,红点和绿点一开始就分配在以起,所以一开就会产生对立,对于不好的初始化可能会产生以下聚类结果

  

  这种情况就是就很糟糕了,不符合要求。

  对于这种情况我们没有很好的解决办法,可以尝试多次初始化,获取最好的结果,例如设置1000次随机初始化,选取损失函数值最小的一个。

 还有一种情况,对于有些数据集天生分布不明显的数据集,怎么才能正确的选择聚类中心的个数,例如:

使用(elbow method)“胳膊肘算法”:

 获取损失函数和聚类中心K的函数图像,大致有两种图像类型

左图的拐点明显,而右图的拐点不是很明显,对于左图我们可以选取拐点处的k作为聚类中心的个数,而如果是右图,那么就需要根据情况选取,比如说,如果数据集是衣服的尺码的数据,如果你想确定这些衣服的尺码类型,那么根据你想要分成几种尺码类型决定(例如:L,M,S)(还有,M,L,XL,XXL,S)

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