MatLab Kmeans聚类

article/2025/10/21 18:41:51

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#MatLab Kmeans聚类

##聚类与分类

分类算法是给一个数据，然后判断这个数据属于已分好的类中的具体哪一类。

聚类算法是给一大堆原始数据，然后通过算法将其中具有相似特征的数据聚为一类，原数据可能被分为多类。

##程序代码

###使用MatLab自带kmeans方法

%随机获取150个点
X = [randn(50,2)+ones(50,2);randn(50,2)-ones(50,2);randn(50,2)+[ones(50,1),-ones(50,1)]];
opts = statset('Display','final');%调用Kmeans函数
%X N*P的数据矩阵
%Idx N*1的向量,存储的是每个点的聚类标号
%Ctrs K*P的矩阵,存储的是K个聚类质心位置
%SumD 1*K的和向量,存储的是类间所有点与该类质心点距离之和
%D N*K的矩阵，存储的是每个点与所有质心的距离;[Idx,Ctrs,SumD,D] = kmeans(X,3,'Replicates',3,'Options',opts);%画出聚类为1的点。X(Idx==1,1),为第一类的样本的第一个坐标；X(Idx==1,2)为第二类的样本的第二个坐标
plot(X(Idx==1,1),X(Idx==1,2),'r.','MarkerSize',14)
hold on
plot(X(Idx==2,1),X(Idx==2,2),'b.','MarkerSize',14)
hold on
plot(X(Idx==3,1),X(Idx==3,2),'g.','MarkerSize',14)%绘出聚类中心点,kx表示是圆形
plot(Ctrs(:,1),Ctrs(:,2),'kx','MarkerSize',14,'LineWidth',4)
plot(Ctrs(:,1),Ctrs(:,2),'kx','MarkerSize',14,'LineWidth',4)
plot(Ctrs(:,1),Ctrs(:,2),'kx','MarkerSize',14,'LineWidth',4)legend('Cluster 1','Cluster 2','Cluster 3','Centroids','Location','NW')Ctrs
SumD

这里写图片描述

自己实现Kmeans

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)==2plot3(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:nma(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:Nu(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      endwhile 1pre_u=u;            %上一次求得的中心位置for i=1:Ntmp{i}=[];      % 公式一中的x(i)-uj,为公式一实现做准备for j=1:mtmp{i}=[tmp{i};data(j,:)-u(i,:)];endendquan=zeros(m,N);for i=1:m        %公式一的实现c=[];for j=1:Nc=[c norm(tmp{j}(i,:))];end[junk index]=min(c);%quan(i,index)=norm(tmp{index}(i,:)); quan(i,index)=1;endfor i=1:N            %公式二的实现for j=1:nu(i,j)=sum(quan(:,i).*data(:,j))/sum(quan(:,i));end           endif norm(pre_u-u)<0.1  %不断迭代直到位置不再变化break;endendre=[];for i=1:mtmp=[];for j=1:Ntmp=[tmp norm(data(i,:)-u(j,:))];end[junk index]=min(tmp);re=[re;data(i,:) index];endend

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机
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