二分 KMeans,Bisecting KMeans 代码实现

算法原理:
由于传统KMeans算法的聚类结果易受初始聚类中心点选择的影响,因此在传统的KMeans算法的基础上进行改进。
二分KMeans(Bisecting KMeans)算法的主要思想是:首先将所有点作为一个簇,然后将该簇一分为二。之后选择能最大限度降低聚类代价函数(误差平方和SSE)的簇划分为两个簇。以此进行下去,直到簇的数目等于给定的数目K为止。

代码实现:
基于DataFrame

def bi_kmeans(data: 'DataFrame', K: int) -> 'DataFrame':
    """二分KMeans
    data: data['embedding'] 输入x的向量
    K: 聚类类别数
    """

    def sse(error):
        """计算误差平方和"""
        return np.square(np.linalg.norm(error))

    def euclidean_dist(v1, v2):
        """计算两个向量间的欧氏距离"""
        return np.linalg.norm(v1 - v2)

    def dist_from_center(label, embedding, cluster_center, offset=0):
        """计算每个元素与其类别中心的欧氏距离
        offset: label的偏移量
        return: float"""
        center = cluster_center[label - offset]
        dist = euclidean_dist(embedding, center)
        return dist
    
    # 初始化类的中心
    cluster_center = [np.mean(data.embedding)]
    # 初始化每个item的label和到聚类中心的距离
    data['label'] = 0
    data['dist_from_center'] = data.apply(lambda x: dist_from_center(x['label'], x['embedding'], cluster_center), axis=1)

    # 当前k小于给定K值时
    k = 1
    while k < K :
        print('Current Cluster Number: {}  >>>'.format(k))

        # 计算当前sse
        total_sse = sse(data.dist_from_center)
        sharp_drop = 0

        # 遍历当前每个簇,将其一分为二,计算新的sse
        keep_i = -1
        for i in range(k):
            # 第i簇数据
            group_i = data[data.label == i]
            if group_i.shape[0] > 2:
                pre_sse = sse(group_i.dist_from_center)
                # 二分当前簇
                bi_kmeans = KMeans(n_clusters=2).fit(group_i.embedding.tolist())
                # 更新label和dist
                group_i['label'] = bi_kmeans.labels_
                new_center = bi_kmeans.cluster_centers_
                group_i['dist_from_center'] = group_i.apply(lambda x: dist_from_center(x['label'], x['embedding'], new_center), axis=1)
                # 计算当前sse
                post_sse = sse(group_i.dist_from_center)
                # sse下降程度
                drop = pre_sse - post_sse
                # 保留最大下降ssd的i
                if drop > sharp_drop:
                    keep_i = i
                    sharp_drop = drop

        # 选出待二分的数据
        group_i = data[data.label == keep_i]
        group_i_index = data[data.label == keep_i].index
        # 二分,更新label
        bi_kmeans = KMeans(n_clusters=2).fit(group_i.embedding.tolist())
        group_i['label'] = bi_kmeans.labels_ + k
        data.loc[group_i_index, 'label'] = bi_kmeans.labels_ + k
        new_center = bi_kmeans.cluster_centers_
        # 更新距中心距离
        data.loc[group_i_index, 'dist_from_center'] = group_i.apply(lambda x: dist_from_center(x['label'], x['embedding'], new_center, offset=k), axis=1)
        # 更新超出k的label为原有label
        k_plus_1_index = data[data.label == k + 1].index
        data.loc[k_plus_1_index, 'label'] = keep_i
        # 更新类别数
        k += 1
    return data
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,839评论 6 482
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,543评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 153,116评论 0 344
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,371评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,384评论 5 374
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,111评论 1 285
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,416评论 3 400
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,053评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,558评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,007评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,117评论 1 334
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,756评论 4 324
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,324评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,315评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,539评论 1 262
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,578评论 2 355
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,877评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容