人工智能|机器学习——Canopy聚类算法（基于密度）

1.简介

Canopy聚类算法是一个将对象分组到类的简单、快速、精确地方法。每个对象用多维特征空间里的一个点来表示。这个算法使用一个快速近似距离度量和两个距离阈值T1 > T2 处理。

Canopy聚类很少单独使用，一般是作为k-means前不知道要指定k为何值的时候，用Canopy聚类来判断k的取值

2.算法步骤

输入：所有点的集合D，超参数：T1 , T2 , 且 T1 > T2

输出：聚类好的集合

注意

当T1过大时，会使许多点属于多个Canopy，可能会造成各个簇的中心点间距离较近，各簇间区别不明显；
当T2过大时，增加强标记数据点的数量，会减少簇个个数；
T2过小，会增加簇的个数，同时增加计算时间；

一幅图说明算法：

内圈的一定属于该类，外圈的一定不属于该类，中间层的可能属于别的类（因为不止一个聚类中心，他可能属于别的类的内圈）；

3.python实现

对iris数据集做Canopy聚类，半径分别设置为1和2

#%% Canopy聚类
import pandas as pd
from sklearn.cluster import KMeans
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import copyclass Solution(object):def Canopy(self, x, t1, t2):'''Parameters----------x : array数据集.t1 : float外圈半径.t2 : float内圈半径.Returns-------result: list.聚好类的数据集'''if t1 < t2:return print("t1 应该大于 t2")x = copy.deepcopy(x)result = []  # 用于存放最终结果index = np.zeros((len(x),))   # 用于标记外圈外的点 1表示强标记， 2表示弱标记while (index == np.zeros((len(x),))).any():alist = []  # 用于存放某一类的数据集choice_index = Nonefor i, j in enumerate(index):if j == 0:choice_index = ibreakC = copy.deepcopy(x[choice_index])alist.append(C)x[choice_index] = np.zeros((1, len(x[0])))index[choice_index] = 1for i,a in enumerate(x):if index[i] != 1:distant = (((a-C)**2).sum())**(1/2)if distant <= t2:  # 打上强标记alist.append(copy.deepcopy(x[i]))x[i] = np.zeros((1, len(x[0])))index[i] = 1elif distant <= t1:index[i] = 2result.append(alist)return resultdef pint(r, x, y, c):# 点的横坐标为aa = np.arange(x-r,x+r,0.0001)# 点的纵坐标为bb = np.sqrt(np.power(r,2)-np.power((a-x),2))plt.plot(a,y+b,color=c,linestyle='-')plt.plot(a,y-b,color=c,linestyle='-')plt.scatter(x, y, c='r',marker='*')if __name__ == '__main__':data = pd.read_csv(r'C:/Users/潘登/Documents/python全系列/人工智能/iris.csv')X = np.array(data.iloc[:, 2:4])Y = data['species']result = Solution().Canopy(X, 2, 1)x1 = []y1 = []for i in result[0]:x1.append(i[0])y1.append(i[1])x2 = []y2 = []for i in result[1]:x2.append(i[0])y2.append(i[1])x3 = []y3 = []for i in result[2]:x3.append(i[0])y3.append(i[1])plt.figure(figsize=(16,12))plt.scatter(X[:,0], X[:,1], s=50, c='violet', marker='s')plt.scatter(x1, y1, s=50, c='orange', marker='s')plt.scatter(x2, y2, s=50, c='lightblue', marker='s')plt.scatter(x3, y3, s=50, c='blue', marker='s')pint(2, x1[0], y1[0], 'b')pint(1, x1[0], y1[0], 'y')pint(2, x2[0], y2[0], 'b')pint(1, x2[0], y2[0], 'y')pint(2, x3[0], y3[0], 'b')pint(1, x3[0], y3[0], 'y')plt.xlim([0, 8])plt.ylim([-3, 5])plt.show()

+结果如下：