层次聚类
层次聚类分支
1)分裂法
从上到下对大类别进行分割
2)凝聚法
从下到上对小类别进行聚合
层次聚类优点
kmeans中需要人工确定聚类类别K基于初始化聚类中心,这将会很大程度上影响聚类效果。
而层次聚类避免了这一问题。
分裂法
分裂法指的是初始时将所有的样本归为一个类簇,然后依据某种准则进行逐渐的分裂,直到达到某种条件或者达到设定的分类数目。用算法描述:
输入:样本集合D,聚类数目或者某个条件(一般是样本距离的阈值,这样就可不设置聚类数目)
输出:聚类结果
1.将样本集中的所有的样本归为一个类簇;
repeat:
2.在同一个类簇(计为c)中计算两两样本之间的距离,找出距离最远的两个样本a,b;
3.将样本a,b分配到不同的类簇c1和c2中;
4.计算原类簇(c)中剩余的其他样本点和a,b的距离,若是dis(a)<dis(b),则将样本点归到c1中,否则归到c2中;
util: 达到聚类的数目或者达到设定的条件
举例:
在平面上有6个点:p0(1,1), p1(1,2), p2(2,2), p3(4,4), p4(4,5), p5(5,6),我现在需要对这6个点进行聚类,对应着上边的步骤我可以这样做:
-
将所有的点归为一个类簇c(p0,p1,p2,p3,p4,p5)
-
repeat:
1)在类簇c中计算他们的距离(简单的欧式距离)我们可以得到:
2)确定最远的两个点:
首轮计算得到距离最远的两个点为 p0 和 p5,
3)确定簇:
将 p0 分配到类簇 c1,将 p5 分配到类簇c2;
4)为每个簇分配点:
查表可以看出,剩余的点中p1和p2与p0的距离小,所以将它们两个归到类簇c1中;p3和p4与p5的距离小,所以将它们两个归到类簇c2中。这样我们得到了一次新的聚类 结果c1=(p1,p2,p3),c2=(p3,p4,p5); -
Util:
若仅要求聚类为两个类别,则聚类结束。
若要求一个簇中最大样本间距离不超过sqrt(2),那么需要返回repeat继续聚类:
因为c1中的样本的距离都不大于sqrt(2),所以不需要再分了;而类簇c2中的dis(p3,p5)=sqrt(5)>sqrt(2),还需要继续分,c2最后分聚类成两个类(p3,p4)和(p5),这样我们最终得到了三个类簇(p1,p2,p3)、(p3,p4)和(P5)。
凝聚法
凝聚法与分裂法整好相反,是先将每个样本点看做一个簇,然后再根据某种规则对小的类簇进行合并,直到达到距离阈值的条件或者达到设定的分类数。
算法流程如下:
输入:样本集合D,聚类数目或者某个条件(一般是样本距离的阈值,这样就可不设置聚类数目)
输出:聚类结果
将样本集中的所有的样本点都当做一个独立的类簇;
repeat:
1).计算两两类簇之间的距离,找到距离最小的两个类簇c1和c2;
2).合并类簇c1和c2为一个类簇;
util: 达到聚类的数目或者达到设定的条件
上述算法流程中,对于计算两两簇之间的距离有较多的方法:
1)取两个簇中最近的两个样本点作为簇间距离
2)取两个簇中最远的两个样本点作为簇间距离
3)将两个簇中两两点间的距离均值作为簇间距离
4)将两个簇中两两点间的距离的中位数作为簇间距离
5)将两个簇中两两点间的距离求和除以除以两个簇的样本总数