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模糊聚类常用方法

发布时间:2025-06-20 09:17:22

⑴ 三分钟搞懂模糊聚类(Fuzzy Clustering Mean ,FCM)

模糊聚类算法,基于模糊数学的聚类分析方法,允许数据点属于多个聚类,而不是传统聚类的严格分类。此方法始于1965年J.C. Dunn提出的模糊集合理论。模糊聚类在图像分割、生物信息学和自然语言处理等领域应用广泛,旨在识别数据之间的模糊关系,更好地理解数据结构。

模糊聚类与C均值聚类共享目标,即数据分组。两者相似之处在于目标都是将数据划分为不同群集。然而,它们在实际操作上有所区别。

模糊聚类的核心是定义目标函数,随机选择初始聚类中心,基于样本与中心的距离分配数据点,然后重新计算聚类中心,重复此过程直至目标函数最小化。

模糊聚类算法的目标函数如下定义:

在模糊聚类中,训练样本集X = {xi, i = 1, 2, ..., n},X ∈ Rp,c 为预设分类数量。vi (i = 1, 2, ..., c) 为第 i 个聚类的中心,uik (i = 1, 2, ..., c; k = 1, 2, ..., n) 是第 k 个样本对第 i 类的隶属度函数,隶属度矩阵U遵循限制条件。

模糊C均值算法(FCM)的目标函数为:

模糊参数m > 1决定聚类模糊度,大多数情况下m = 2。当目标函数达到最小值时,结果最优。聚类中心的计算基于隶属度。

模糊聚类问题转换为有约束条件的最小值问题,其最优值的求解需通过迭代过程获得。终止迭代条件为U( t) - U( t - 1) <[公式]或达到预设最大迭代步数T。

关于代码实现,需要引入编程语言和相应的库,如Python的scikit-learn库,具体实现步骤包括数据预处理、初始化聚类中心、迭代更新隶属度和聚类中心直至收敛,最终获得聚类结果。

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