DBSCAN聚类算法Python实现

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原理

DBSCAN是一种基于密度的聚类算法，这类密度聚类算法一般假定类别可以通过样本分布的紧密程度决定。同一类别的样本，他们之间的紧密相连的，也就是说，在该类别任意样本周围不远处一定有同类别的样本存在。
通过将紧密相连的样本划为一类，这样就得到了一个聚类类别。通过将所有各组紧密相连的样本划为各个不同的类别，则我们就得到了最终的所有聚类类别结果。

一些概念

x1是核心对象，x2由x1密度直达，x3由x1密度可达，x3与x4密度相连

伪码

Python代码

from sklearn import datasets
import numpy as np
import random
import matplotlib.pyplot as plt
import time
import copy
 
 
def find_neighbor(j, x, eps):
    N = list()
    for i in range(x.shape[0]):
        temp = np.sqrt(np.sum(np.square(x[j]-x[i])))  # 计算欧式距离
        if temp <= eps:
            N.append(i)
    return set(N)
 
 
def DBSCAN(X, eps, min_Pts):
    k = -1
    neighbor_list = []  # 用来保存每个数据的邻域
    omega_list = []  # 核心对象集合
    gama = set([x for x in range(len(X))])  # 初始时将所有点标记为未访问
    cluster = [-1 for _ in range(len(X))]  # 聚类
    for i in range(len(X)):
        neighbor_list.append(find_neighbor(i, X, eps))
        if len(neighbor_list[-1]) >= min_Pts:
            omega_list.append(i)  # 将样本加入核心对象集合
    omega_list = set(omega_list)  # 转化为集合便于操作
    while len(omega_list) > 0:
        gama_old = copy.deepcopy(gama)
        j = random.choice(list(omega_list))  # 随机选取一个核心对象
        k = k + 1
        Q = list()
        Q.append(j)
        gama.remove(j)
        while len(Q) > 0:
            q = Q[0]
            Q.remove(q)
            if len(neighbor_list[q]) >= min_Pts:
                delta = neighbor_list[q] & gama
                deltalist = list(delta)
                for i in range(len(delta)):
                    Q.append(deltalist[i])
                    gama = gama - delta
        Ck = gama_old - gama
        Cklist = list(Ck)
        for i in range(len(Ck)):
            cluster[Cklist[i]] = k
        omega_list = omega_list - Ck
    return cluster
 
 
X1, y1 = datasets.make_circles(n_samples=2000, factor=.6, noise=.02)
X2, y2 = datasets.make_blobs(n_samples=400, n_features=2, centers=[[1.2, 1.2]], cluster_std=[[.1]], random_state=9)
X = np.concatenate((X1, X2))
eps = 0.08
min_Pts = 10
begin = time.time()
C = DBSCAN(X, eps, min_Pts)
end = time.time()
plt.figure()
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=C)
plt.show()

效果

选用iris鸢尾花数据集更改

Python

from sklearn.datasets import load_iris
X = load_iris().data

缺点

参数敏感Eps , MinPts ,若选取不当 ,会造成聚类质量下降。

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