目录
1. 作者介绍2. K-Means聚类算法2.1 基本概念2.2 算法流程
3. K-Means聚类算法实现3.1 鸢尾花数据集3.2 准备工作3.3 代码实现3.4 结果展示
4. 问题与解析参考链接
1. 作者介绍
张勇，男，西安工程大学电子信息学院，2022级研究生 研究方向：智能信息处理与信息系统研究 电子邮件：17605542959@163.com
陈梦丹，女，西安工程大学电子信息学院，2022级硕士研究生，张宏伟人工智能课题组 研究方向：机器视觉与人工智能 电子邮件：1169738496@qq.com
2. K-Means聚类算法
2.1 基本概念
K-Means聚类算法即K均值算法，是一种迭代求解的聚类分析算法，是一个将数据集中在某些方面相似的数据成员进行分类组织的过程。给定一个数据点集合和需要的聚类数目K，K由用户指定，K均值算法根据某个距离函数反复把数据分入K个聚类中。
K均值算法优势在于它速度很快，原理简单、易于操作，但是也有缺点：（1）必须选择有多少个组或类；（2）不同的算法运行中可能产生不同的聚类结果，结果不可重复，缺乏一致性；（3）常常终止于局部最优；（4）对噪声和异常数据敏感及不适合用于发现非凸形状的聚类簇。
2.2 算法流程
K-Means的核心目标是将给定的数据集划分成K个簇（K是超参），并给出每个样本数据对应的中心点。具体步骤非常简单，可以分为4步：
数据预处理。主要是标准化、异常点过滤。随机选取K个中心，记为 ： 定义损失函数： 令t=0,1,2,… 为迭代步数，重复如下过程知道J 收敛： （1）对于每一个样本，将其分配到距离最近的中心 （2）对于每一个类中心k，重新计算该类的中心
3. K-Means聚类算法实现
3.1 鸢尾花数据集
Iris鸢尾花数据集： 包含 3 类分别为山鸢尾（Iris-setosa）、变色鸢尾（Iris-versicolor）和维吉尼亚鸢尾（Iris-virginica），共 150 条数据，每类各 50 个数据，每条记录都有 4 项特征：花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度，通常可以通过这4个特征预测鸢尾花卉属于哪一品种。 Iris数据集是一个.csv文件，其数据格式如下： 图中第一行数据的意义是：150（数据集中数据的总条数）；4（特征值的类别数），即花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度；setosa、versicolor、virginica：三种鸢尾花名。
从第二行开始各列数据的意义：第一列为花萼长度值；第二列为花萼宽度值；第三列为花瓣长度值；第四列为花瓣宽度值；第五列对应是种类（三类鸢尾花分别用0，1，2表示）。
3.2 准备工作
1、首先要在自己的Python环境中下载sklearn（进入个人虚拟环境并输入）:
pip install scikit-learn -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
2、下载数据集：
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn import datasets
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
3.3 代码实现
当K分别等于2、3、4时，具体实现代码如下： K=2：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn import datasets
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
X = iris.data[:]
estimator = KMeans(n_clusters=2) #构造聚类器,这里聚成两类
estimator.fit(X) #聚类
label_pred = estimator.labels_ #获取聚类标签
#绘图
x0 = X[label_pred == 0]
x1 = X[label_pred == 1]
plt.scatter(x0[:, 0], x0[:, 1], c = "red", marker='o', label='label0')
plt.scatter(x1[:, 0], x1[:, 1], c = "green", marker='*', label='label1')
plt.xlabel('petal length')
plt.ylabel('petal width')
plt.legend(loc=2)
plt.show()
K=3：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn import datasets
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
X = iris.data[:]
estimator = KMeans(n_clusters=3) #构造聚类器,这里聚成两类
estimator.fit(X) #聚类
label_pred = estimator.labels_ #获取聚类标签
#绘图
x0 = X[label_pred == 0]
x1 = X[label_pred == 1]
x2 = X[label_pred == 2]
plt.scatter(x0[:, 0], x0[:, 1], c = "red", marker='o', label='label0')
plt.scatter(x1[:, 0], x1[:, 1], c = "green", marker='*', label='label1')
plt.scatter(x2[:, 0], x2[:, 1], c = "blue", marker='+', label='label2')
plt.xlabel('petal length')
plt.ylabel('petal width')
plt.legend(loc=2)
plt.show()
K=4：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn import datasets
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
X = iris.data[:]
estimator = KMeans(n_clusters=4) #构造聚类器,这里聚成两类
estimator.fit(X) #聚类
label_pred = estimator.labels_ #获取聚类标签
#绘图
x0 = X[label_pred == 0]
x1 = X[label_pred == 1]
x2 = X[label_pred == 2]
x3 = X[label_pred == 3]
plt.scatter(x0[:, 0], x0[:, 1], c = "red", marker='o', label='label0')
plt.scatter(x1[:, 0], x1[:, 1], c = "green", marker='*', label='label1')
plt.scatter(x2[:, 0], x2[:, 1], c = "blue", marker='+', label='label2')
plt.scatter(x3[:, 0], x3[:, 1], c = "orange", marker='+', label='label3')
plt.xlabel('petal length')
plt.ylabel('petal width')
plt.legend(loc=2)
plt.show()
3.4 结果展示
4. 问题与解析
在构建聚类器时，修改K值，即修改需要分成几类（簇），单单修改参数cluster=2、3、4是不正确的，在绘图程序部分也要与之对应进行修改。
例如：cluster=4，绘图程序仍然用cluster=3的绘图程序，虽然程序不会报错，但是导致分类只有三类，实验结果错误。下面是错误代码及结果演示：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn import datasets
from sklearn.datasets import load_iris
iris = load_iris()
X = iris.data[:]
estimator = KMeans(n_clusters=4) #构造聚类器,这里聚成两类
estimator.fit(X) #聚类
label_pred = estimator.labels_ #获取聚类标签
#绘图
x0 = X[label_pred == 0]
x1 = X[label_pred == 1]
x2 = X[label_pred == 2]
plt.scatter(x0[:, 0], x0[:, 1], c = "red", marker='o', label='label0')
plt.scatter(x1[:, 0], x1[:, 1], c = "green", marker='*', label='label1')
plt.scatter(x2[:, 0], x2[:, 1], c = "blue", marker='+', label='label2')
plt.xlabel('petal length')
plt.ylabel('petal width')
plt.legend(loc=2)
plt.show()
错误代码实验结果展示：
参考链接
https://zhuanlan.zhihu.com/p/184686598?utm_source=qq https://blog.csdn.net/u010916338/article/details/86487890
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