PAM for Kmedoids algorithm, PAM算法的实现, kmeans 算法实现. 利用scikit-learn toolbox.
最近对clustering感兴趣就自己写了一个k mediods的实现. 这个算法据说是比kmeans要robust. 我觉得关键的不同就是cluster的中心点是一个真实的数据点 而不是构想出来的mean.
写起来倒是很简单, 最后vectorize用了cdist() 函数 很好用.
先看结果 : 这是3个类 总共3000 个点的结果.
上代码:
各种imports:
import matplotlib as plt from pylab import * import collections import copy import pdb import numpy as np from scipy.spatial.distance import cdist import random
这里介绍一下我主要的数据结构 :
medoids 是一个字典,
-2 是total cost
-1: 一个numpy array 存了medoids的index.
0 - k 存了各个cluster的成员的index
data是一个array, 每一行是一个数据点.
下面这个函数计算total cost 根据当前的情况:
def total_cost(data, medoids):''' compute the total cost based on current setting. '''med_idx = medoids[-1];k = len(med_idx);cost = 0.0;med = data[ med_idx]dis = cdist( data, med, 'euclidean')cost = dis.min(axis = 1).sum()# rewrite using the cdist() function, which should be way faster# for i in range(k):# med = data[med_idx[i]]# for j in medoids[i]:# cost = cost + np.linalg.norm(med - data[j])# medoids[-2] = [cost]
clustering()函数 分配每一点的归属 根据当前的情况.
def clustering(data, medoids):''' compute the belonging of each data point according to current medoids centers, and eucludiean distance. '''# pdb.set_trace()med_idx = medoids[-1]med = data[med_idx]k = len(med_idx)dis = cdist(data, med)best_med_it_belongs_to = dis.argmin(axis = 1)for i in range(k):medoids[i] =where(best_med_it_belongs_to == i)
最重要的kmedoids() 函数, 用来循环找到最优的clutering
old... 和cur... 比较 直到没有变化了 就退出循环
cur...每次交换一对 ( 中心点, 非中心点) 构成tmp.... , 从所有的tmp...中找到最优的best....
def kmedoids( data, k):''' given the data and # of clusters, compute the best clustering based on the algorithm provided in wikipedia: google pam algorithm. '''# cur_medoids compare with old_medoids, convergence achieved if no change in the list of medoids in consecutive iterations.# tmp_medoids is cur_medoids swapped only one pair of medoid and non-medoid data point.# best_medoids is the best tmp_medoids through all possible swaps. N = len(data)cur_medoids = {}cur_medoids[-1] = range(k)clustering(data, cur_medoids)total_cost(data, cur_medoids)old_medoids = {}old_medoids[-1] = []iter_counter = 1# stop if not improvement.while not set(old_medoids[-1]) == set(cur_medoids[-1]):print 'iteration couter:' , iter_counteriter_counter = iter_counter + 1best_medoids = copy.deepcopy(cur_medoids)old_medoids = copy.deepcopy(cur_medoids)# pdb.set_trace()# iterate over all medoids and non-medoidsfor i in range(N):for j in range(k):if not i ==j :# swap only a pairtmp_medoids = copy.deepcopy(cur_medoids)tmp_medoids[-1][j] = iclustering(data, tmp_medoids)total_cost(data, tmp_medoids)# pick out the best configuration.if( best_medoids[-2] > tmp_medoids[-2]):best_medoids = copy.deepcopy(tmp_medoids)cur_medoids = copy.deepcopy(best_medoids)print 'current total cost is ', cur_medoids[-2]return cur_medoids
最后写一个test() 函数, 3个gaussian类 总共1000个点.
def test():dim = 2N =1000# create datas with different normal distributions.d1 = np.random.normal(1, .2, (N,dim))d2 = np.random.normal(2, .5, (N,dim))d3 = np.random.normal(3, .3, (N,dim))data = np.vstack((d1,d2,d3))# need to change if more clusters are needed .k = 3medoids = kmedoids(data, k)# plot different clusters with different colors.scatter( data[medoids[0], 0] ,data[medoids[0], 1], c = 'r')scatter( data[medoids[1], 0] ,data[medoids[1], 1], c = 'g')scatter( data[medoids[2], 0] ,data[medoids[2], 1], c = 'y')scatter( data[medoids[-1], 0],data[medoids[-1], 1] , marker = 'x' , s = 500)show()
最后执行代码就好了 只要2min
if __name__ =='__main__':test()
另外, 我还找到了python很好使的scikit-learn toolbox , 是machine learning相关的. 就练了下手 写个kmeans
先上图: 这是gaussian 3 个类, 每个类3000 个点
代码: 首先还是imports
import time import numpy as np import pylab as pl from sklearn.cluster import KMeans from sklearn.metrics.pairwise import euclidean_distances from sklearn.datasets.samples_generator import make_blobs
然后是生成数据, 并且很简单的train kmeans:
np.random.seed(0) centers = [[1,1], [-1,-1], [1, -1]] k = len(centers) x , labels = make_blobs(n_samples=3000, centers=centers, cluster_std=.7)kmeans = KMeans(init='k-means++', n_clusters=3, n_init = 10) t0 = time.time() kmeans.fit(x) t_end = time.time() - t0
最后是画图:
colors = ['r', 'b', 'g'] for k , col in zip( range(k) , colors):members = (kmeans.labels_ == k )pl.plot( x[members, 0] , x[members,1] , 'w', markerfacecolor=col, marker='.')pl.plot(kmeans.cluster_centers_[k,0], kmeans.cluster_centers_[k,1], 'o', markerfacecolor=col,\markeredgecolor='k', markersize=10) pl.show()
很多时候都觉得python比matlab好用多了, 最重要的是matlab和vim的结合不是很好 用起来很不顺手.
转载于:https://www.cnblogs.com/wenhoujx/p/3147563.html
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