matlab kmeans 给定数据怎么实现

Question

如题所述

Answer 1

首先给出原始数据{x1,x2,...,xn}，这些数据没有被标记的。
初始化k个随机数据u1,u2,...,uk。这些xn和uk都是向量。
根据下面两个公式迭代就能求出最终所有的u,这些u就是最终所有类的中心位置。
公式一：

意思就是求出所有数据和初始化的随机数据的距离，然后找出距离每个初始数据最近的数据。
公式二：

意思就是求出所有和这个初始数据最近原始数据的距离的均值。
然后不断迭代两个公式，直到所有的u都不怎么变化了，就算完成了。
先看看一些结果：
用三个二维高斯分布数据画出的图：

通过对没有标记的原始数据进行kmeans聚类得到的分类，十字是最终迭代位置：

下面是Matlab代码，这里我把测试数据改为了三维了，函数是可以处理各种维度的。
main.m

clear all;
close all;
clc;

%第一类数据
mu1=[0 0 0]; %均值
S1=[0.3 0 0;0 0.35 0;0 0 0.3]; %协方差
data1=mvnrnd(mu1,S1,100); %产生高斯分布数据

%%第二类数据
mu2=[1.25 1.25 1.25];
S2=[0.3 0 0;0 0.35 0;0 0 0.3];
data2=mvnrnd(mu2,S2,100);

%第三个类数据
mu3=[-1.25 1.25 -1.25];
S3=[0.3 0 0;0 0.35 0;0 0 0.3];
data3=mvnrnd(mu3,S3,100);

%显示数据
plot3(data1(:,1),data1(:,2),data1(:,3),'+');
hold on;
plot3(data2(:,1),data2(:,2),data2(:,3),'r+');
plot3(data3(:,1),data3(:,2),data3(:,3),'g+');
grid on;

%三类数据合成一个不带标号的数据类
data=[data1;data2;data3]; %这里的data是不带标号的

%k-means聚类
[u re]=KMeans(data,3); %最后产生带标号的数据，标号在所有数据的最后，意思就是数据再加一维度
[m n]=size(re);

%最后显示聚类后的数据
figure;
hold on;
for i=1:m
if re(i,4)==1
plot3(re(i,1),re(i,2),re(i,3),'ro');
elseif re(i,4)==2
plot3(re(i,1),re(i,2),re(i,3),'go');
else
plot3(re(i,1),re(i,2),re(i,3),'bo');
end
end
grid on;

KMeans.m

%N是数据一共分多少类
%data是输入的不带分类标号的数据
%u是每一类的中心
%re是返回的带分类标号的数据
function [u re]=KMeans(data,N)
[m n]=size(data); %m是数据个数，n是数据维数
ma=zeros(n); %每一维最大的数
mi=zeros(n); %每一维最小的数
u=zeros(N,n); %随机初始化，最终迭代到每一类的中心位置
for i=1:n
ma(i)=max(data(:,i)); %每一维最大的数
mi(i)=min(data(:,i)); %每一维最小的数
for j=1:N
u(j,i)=ma(i)+(mi(i)-ma(i))*rand(); %随机初始化，不过还是在每一维[min max]中初始化好些
end
end

while 1
pre_u=u; %上一次求得的中心位置
for i=1:N
tmp{i}=[]; % 公式一中的x(i)-uj,为公式一实现做准备
for j=1:m
tmp{i}=[tmp{i};data(j,:)-u(i,:)];
end
end

quan=zeros(m,N);
for i=1:m %公式一的实现
c=[];
for j=1:N
c=[c norm(tmp{j}(i,:))];
end
[junk index]=min(c);
quan(i,index)=norm(tmp{index}(i,:));
end

for i=1:N %公式二的实现
for j=1:n
u(i,j)=sum(quan(:,i).*data(:,j))/sum(quan(:,i));
end
end

if norm(pre_u-u)<0.1 %不断迭代直到位置不再变化
break;
end
end

re=[];
for i=1:m
tmp=[];
for j=1:N
tmp=[tmp norm(data(i,:)-u(j,:))];
end
[junk index]=min(tmp);
re=[re;data(i,:) index];
end

end