模糊聚类分析和模式识别

聚类分析
——一种多元统计、无监督分类、
——按照一定的要求和规律对事物进行区分和分类的过程,在这一过程中没有任何关于分类的先验知识,仅靠事物间的相似性作为类属划分的准则。
分类:
1、传统的聚类分析是一种硬划分,即将每个待辨识的对象严格地划分到某类中,具有非此即彼地性质,因此这种类别划分地界限是分明的。
2、实际上大多数对象在性态和类属方面存在着中介性,具有亦此亦彼的性质,因此适合软划分。

模糊聚类分析

概念
模糊聚类分析:运用模糊数学的方法。模糊集理论是软划分的有力的分析工具。
模糊聚类分析方法分类:
1、基于模糊关系(矩阵):模糊传递闭包法、直接聚类法、最大树法、编网法
2、基于目标函数的聚类分析方法——模糊C均值聚类算法

主要步骤
1、数据标准化
2、建立模糊相似矩阵
3、动态聚类

数据标准化——目标:变量值处于0-1区间。
一、建立数据矩阵
设论域U={x1,x2,…,xn}为被分类对象,每个对象又由m个指标表示其性状:xi={xi1,xi2,…,xim}。故原始数据矩阵为X=(xij)nxm
方法:
(1)标准差标准化
(2)极差正规化
在这里插入图片描述
(3)极差标准化
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(4)最大值正规化
在这里插入图片描述 ** 二、模糊相似矩阵**
常用方法:
1、相似系数法
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(2)夹角余弦法
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(3)相关系数法
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(4)最大最小法
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(5)算术平均最小法
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例题:
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在这里插入图片描述 三、聚类
1、模糊等价矩阵:给定U上的一个模糊关系Rij=[r ij]nxn, 且满足自反性(rij=1)、对称性(rij=rji)、传递性(R o R 属于R)。注意“o”是矩阵的合成运算,类似矩阵乘法,但将元素的相乘改为求最小值,相加改为求最大值。
2、若矩阵R不满足传递性,则进行RoR=R2,R2oR2=R4。最终模糊等价矩阵是唯一的。
3、模糊等价矩阵的入(希腊字母)截矩阵:设R=[r ij]nxn是模糊等价矩阵,对任意的入∈[0,1],称R入=[r ij(入)]nxn为R的入截矩阵。其中
在这里插入图片描述
4、分类:由模糊等价矩阵的入截矩阵可知,rij=1,则表示i,j为同类,否则为异类。
当入由大到小变化,可形成动态聚类图
5、传递闭包矩阵:
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模糊传递闭包法的步骤:
1、求出模糊相似矩阵R的传递闭包t(R);
2、按入由大到小进行聚类;
3、画出动态聚类图。
例题:
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依次将入取值,得到X被分为4类、3类、2类、1类。
在这里插入图片描述最佳阈值入的确定——按实际需要(领域专家确定阈值入)、F-统计量确定入的最佳值

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模糊模型识别

1、模型识别——本质特征:事先已知若干标准模型(称为标准模型库),模型具有明显的界限;有待识别归类的对象,并且它所属的类必然是若干标准模型之一。本质是标准集对标准集的识别问题。
2、模糊模型识别——本质特征:标准模型库中的模型是模糊的。本质是一个模糊集对标准模糊集的识别问题。
3、度量模糊集与标准模糊集靠近程度的指标:隶属度与贴近度。
隶属度
(1)
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在这里插入图片描述例题:细胞染色体形状的模糊识别
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在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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在这里插入图片描述贴近度——描述模糊集之间彼此靠近程度的指标。

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在这里插入图片描述例题:在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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题解:
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