【sklearn练习】KMeans

2023-08-11 06:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录一、数据集探索二、数据预处理三、构建模型获取结果四、聚类结果可视化五、聚类模型评估① 轮廓系数② 卡林斯基 - 哈拉巴斯指数③ FMI评价法

一、数据集探索

在这里插入图片描述 iris数据集是常用的分类实验数据集，由Fisher，1936收集整理。iris也称鸢尾花卉数据集，是一类多重变量分析的数据集。数据集包含150个数据样本，分为3类，每类50个数据，每个数据包含4个属性。可通过花萼长度，花萼宽度，花瓣长度，花瓣宽度4个属性预测鸢尾花卉属于（Setosa，Versicolour，Virginica）三个种类中的哪一类。

# 1.加载数据集 iris_data = load_iris() x = iris_data.data y = iris_data.target # 特征 columns = iris_data.feature_names # ['sepal length (cm)', 'sepal width (cm)', 'petal length (cm)', 'petal width (cm)']

X: 在这里插入图片描述

Y: 在这里插入图片描述

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二、数据预处理不同特征之间往往具有不同的量纲，由此所造成的数值间的差异可能很大，在涉及空间距离计算或梯度下降法等情况的时候不对其进行处理会影响到数据分析结果的准确性。为了消除特征之间的量纲和取值范围差异可能会造成的影响，需对数据进行标准化处理，也可以称为规范化处理。在这里我们对数据集进行标准差标准化处理。 # 2.数据预处理 --- 标准差标准化 MMS = MinMaxScaler().fit(x) data = MMS.transform(x)

处理后的数据集：在这里插入图片描述

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三、构建模型获取结果 # 3.构建KMeans模型训练数据 cluster = KMeans(n_clusters=3,random_state=123).fit(data) # 3.1 获取聚类结果 y_pred = cluster.labels_ # 3.2 获取质心 centers = cluster.cluster_centers_ # [[0.70726496 0.4508547 0.79704476 0.82478632], # [0.19611111 0.595 0.07830508 0.06083333], # [0.44125683 0.30737705 0.57571548 0.54918033]] # 3.3 查看簇内平方和 inertia = cluster.inertia_ # 6.982216473785234

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四、聚类结果可视化这里我们的数据集是四维（包含四个特征），我们需要对其进行降维处理，降到二维平面使用散点图来进行展示。这里的降维采用TSNE。t-SNE(t-distributed stochastic neighbor embedding)是用于降维的一种机器学习算法，是由 Laurens van der Maaten 等在08年提出来。此外，t-SNE 是一种非线性降维算法，非常适用于高维数据降维到2维或者3维，进行可视化。 # 4.聚类结果可视化 from sklearn.manifold import TSNE # 进行数据降维处理 tsne = TSNE(n_components=2,init='random',random_state=177).fit(data) df = pd.DataFrame(tsne.embedding_) df['labels'] = y_pred 降维后的数据集在这里插入图片描述

df1 = df[df['labels']==0] df2 = df[df['labels']==1] df3 = df[df['labels']==2] # 绘制画布 fig = plt.figure(figsize=(9,6)) plt.plot(df1[0],df1[1],'bo',df2[0],df2[1],'r*',df3[0],df3[1],'gD') plt.show()

在这里插入图片描述

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五、聚类模型评估

KMeans聚类模型评估指标参见：【skLearn 聚类算法】KMeans

在这里插入图片描述

① 轮廓系数 # 5.1 使用轮廓系数法评价K-Means聚类模型 --- 畸变程度 from sklearn.metrics import silhouette_score silhouetteScore = [] for i in range(2,15): # 构建并训练模型 kmeans = KMeans(n_clusters=i,random_state=123).fit(data) score = silhouette_score(data,kmeans.labels_) silhouetteScore.append(score) plt.figure(figsize=(10,6)) plt.plot(range(2,15),silhouetteScore,linewidth=1.5,linestyle='-') plt.show() 在这里我们获取轮廓系数score是所有样本的轮廓系数均值，如果要获取每个样本的轮廓系数应当使用silhouette_samples。这里是针对超参数k(n_cluster)，所以采用轮廓系数均值进行评估。聚类数目为2、3和4、5的时候，图形的畸变程度最大。本身数据集就是关于3种鸢尾花的，侧面说明了聚类为3的时候效果较好。在这里插入图片描述

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② 卡林斯基 - 哈拉巴斯指数

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# 5.2 卡林斯基-哈拉巴斯指数 from sklearn.metrics import calinski_harabasz_score chs = [] for i in range(2,15): # 构建聚类模型 kmeans = KMeans(n_clusters=i,random_state=112).fit(data) chsScore = calinski_harabasz_score(data,kmeans.labels_) chs.append(chsScore) plt.figure(figsize=(10, 8)) plt.plot(range(2, 15), chs, linewidth=1.5, linestyle='-') plt.show() 由图可以看出，当n_cluster=3的时候，FMI评分最高，聚类效果较好。

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③ FMI评价法 # 5.3 FMI评价法 --- 需要有真实标签 from sklearn.metrics import fowlkes_mallows_score fms = [] for i in range(2,15): # 构建聚类模型 kmeans = KMeans(n_clusters=i,random_state=112).fit(data) fmsScore = fowlkes_mallows_score(y,kmeans.labels_) fms.append(fmsScore) plt.figure(figsize=(10, 8)) plt.plot(range(2, 15), fms, linewidth=1.5, linestyle='-') plt.show() 由图可以看出，当n_cluster=3的时候，FMI评分最高，聚类效果较好。在这里插入图片描述

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