K均值聚類算法加源碼(共9頁)

1、模式識(shí)別導(dǎo)論K均值聚類算法實(shí)驗(yàn)報(bào)告一 實(shí)驗(yàn)功能本實(shí)驗(yàn)功能與目的是實(shí)現(xiàn)K均值聚類算法，將“Iris.txt”文件中的數(shù)據(jù)用K均值聚類的方法分為三類。分類結(jié)果用該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)編號(hào)表示。二 子函數(shù)列表參數(shù)說明程序中使用到了三個(gè)子函數(shù)1. void fileop(category *p)/文件打開讀入結(jié)構(gòu)體函數(shù)函數(shù)功能：將Iris.txt文件打開，把數(shù)據(jù)從文件中讀出存入定義的結(jié)構(gòu)體，每個(gè)向量的分量存入結(jié)構(gòu)體的對應(yīng)元素中，取值結(jié)束后將文件關(guān)閉函數(shù)參數(shù)：已定義的結(jié)構(gòu)體category，結(jié)構(gòu)體定義如下 struct category/待聚類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體int label;/標(biāo)號(hào)float x1;/四個(gè)分量flo

2、at x2;float x3;float x4;2. float min(float x,float y,float z)/最小值函數(shù)函數(shù)功能：求三個(gè)數(shù)的最小值并返回最小值數(shù)據(jù)函數(shù)參數(shù)：三個(gè)單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)3. void K_averange(category *p,category a,category b,category c)/k均值聚類函數(shù)函數(shù)功能：實(shí)現(xiàn)K均值聚類算法函數(shù)參數(shù)：已定義的待聚類結(jié)構(gòu)體，定義同上。聚類中心結(jié)構(gòu)體a,b,c。存放每次迭代的聚類中心，初始聚類中心為文件中的前三個(gè)數(shù)據(jù)三 程序流程圖輸出結(jié)果結(jié)束聚類中心是否改變Y Y開始打開文件是否成功聚類選擇初始聚類中心修改聚類中

3、心N Y N四 程序源代碼#include#includeusing namespace std;#define MAX 151/定義數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)int COUNT=1;/記錄迭代次數(shù)int a1MAX;/存放第i類的標(biāo)號(hào)(i=1,2,3)int a2MAX;int a3MAX;int b1;/記錄第i類元素的個(gè)數(shù)(i=1,2,3)int b2;int b3;struct category/待聚類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體int label;/標(biāo)號(hào)float x1;/四個(gè)分量float x2;float x3;float x4;void fileop(category *p)/文件打開讀入結(jié)構(gòu)體函數(shù)int i;f

4、stream dataFile;dataFile.open(Iris.txt,ios:in);if(dataFile.fail()cout打開文件失敗endl;exit(0);while(!dataFile.eof()for(i=1;ipi.x1;dataFilepi.x2;dataFilepi.x3;dataFilepi.x4;dataFile.close();float min(float x,float y,float z)/最小值函數(shù)if(xy&xz)return x;else if(yx&yz)return y;else if(zx&zy)return z;void K_averan

5、ge(category *p,category a,category b,category c)/k均值聚類函數(shù)struct category com1,com2,com3;/用來比較聚類中心是否改變struct category sum1,sum2,sum3;/求各類各分量的和進(jìn)而計(jì)算新的聚類中心com1=a;com2=b;com3=c;sum1.x1=sum1.x2=sum1.x3=sum1.x4=0;sum2.x1=sum2.x2=sum2.x3=sum2.x4=0;sum3.x1=sum3.x2=sum3.x3=sum3.x4=0;int i;for(i=1;iMAX;i+)a1i=0

6、;a2i=0;a3i=0;float f3;float flag;b1=0;b2=0;b3=0;for(i=1;iMAX;i+)f0=(pi.x1-a.x1)*(pi.x1-a.x1)+(pi.x2-a.x2)*(pi.x2-a.x2)+(pi.x3-a.x3)*(pi.x3-a.x3)+(pi.x4-a.x4)*(pi.x4-a.x4);f1=(pi.x1-b.x1)*(pi.x1-b.x1)+(pi.x2-b.x2)*(pi.x2-b.x2)+(pi.x3-b.x3)*(pi.x3-b.x3)+(pi.x4-b.x4)*(pi.x4-b.x4);f2=(pi.x1-c.x1)*(pi.x1

7、-c.x1)+(pi.x2-c.x2)*(pi.x2-c.x2)+(pi.x3-c.x3)*(pi.x3-c.x3)+(pi.x4-c.x4)*(pi.x4-c.x4);/計(jì)算到三個(gè)聚類中心的距離值flag=min(f0,f1,f2);/取最小值if(f0=flag)a1b1+=pi.label;sum1.x1+=pi.x1;sum1.x2+=pi.x2;sum1.x3+=pi.x3;sum1.x4+=pi.x4;else if(f1=flag)a2b2+=pi.label;sum2.x1+=pi.x1;sum2.x2+=pi.x2;sum2.x3+=pi.x3;sum2.x4+=pi.x4;

8、else if(f2=flag)a3b3+=pi.label;sum3.x1+=pi.x1;sum3.x2+=pi.x2;sum3.x3+=pi.x3;sum3.x4+=pi.x4;/將每個(gè)元素加到距離最小值的類，并求和sum1.x1=sum1.x1/b1;sum1.x2=sum1.x2/b1;sum1.x3=sum1.x3/b1;sum1.x4=sum1.x4/b1;sum2.x1=sum2.x1/b2;sum2.x2=sum2.x2/b2;sum2.x3=sum2.x3/b2;sum2.x4=sum2.x4/b2;sum3.x1=sum3.x1/b3;sum3.x2=sum3.x2/b3;

9、sum3.x3=sum3.x3/b3;sum3.x4=sum3.x4/b3;/求平均值/測試代碼/*for(j=0;jb1;j+)couta1jendl;cout*endl;for(j=0;jb2;j+)couta2jendl;cout*endl;for(j=0;jb3;j+)couta3jendl;cout*endl;coutb1endl;coutb2endl;coutb3endl;coutsum1.x1 sum1.x2 sum1.x3 sum1.x4endl;coutsum2.x1 sum2.x2 sum2.x3 sum2.x4endl;coutsum3.x1 sum3.x2 sum3.x

10、3 sum3.x4endl;*/a=sum1;b=sum2;c=sum3;/新的聚類中心if(a.x1!=com1.x1|a.x2!=com1.x2|a.x3!=com1.x3|a.x4!=com1.x4|b.x1!=com2.x1|b.x2!=com2.x2|b.x3!=com2.x3|b.x4!=com2.x4|c.x1!=com3.x1|c.x2!=com3.x2|c.x3!=com3.x3|c.x4!=com3.x4)K_averange(p,a,b,c);COUNT+;/如果聚類中心改變，遞歸調(diào)用k均值聚類函數(shù)，并增加迭代次數(shù)int main()int j;cout已將文件的數(shù)據(jù)按行

11、號(hào)編號(hào)endl;struct category *p=new categoryMAX;struct category a,b,c;fileop(p);/文件操作a=p1;b=p2;c=p3;/聚類中心初始值定義為前三個(gè)數(shù)據(jù)K_averange(p,a,b,c);/K均值聚類函數(shù)cout第一類分類結(jié)果為：endl;for(j=0;jb1;j+)couta1jendl;cout*endl;cout第二類分類結(jié)果為：endl;for(j=0;jb2;j+)couta2jendl;cout*endl;cout第三類分類結(jié)果為：endl;for(j=0;jb3;j+)couta3jendl;cout共迭

12、代COUNT次endl;/ 測試代碼/coutb1 b2 b3endl;/for(i=1;iMAX;i+)/coutpi.label pi.x2endl;/coutendl;/couta.x1 a.x2 a.x3 a.x4endl;/coutb.x1 b.x2 b.x3 b.x4endl;/coutc.x1 c.x2 c.x3 c.x4endl;delete p;return 0;五 輸出結(jié)果已將文件的數(shù)據(jù)按行號(hào)編號(hào)第一類分類結(jié)果為：51 53 78 101 103 104 105 106 108 109 110 111 112 113 116 117 118 119 121 123 125

13、126 129 130 131 132 133 135 136 137 138 140 141 142 144 145 146 148 149*第二類分類結(jié)果為：52 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 102 107 114 115 120 122 124 127 128 134 139 143 147 150*第三類分類結(jié)果為：1 2 3 4 5 6

14、7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50共迭代11次Press any key to continue（注：程序輸出時(shí)為一行一個(gè)數(shù)據(jù)，報(bào)告中為了節(jié)省頁面，更加直觀，故一行多個(gè)數(shù)據(jù)。報(bào)告中的數(shù)據(jù)結(jié)果和程序輸出時(shí)的分類結(jié)果一致）六 算法分析通過實(shí)驗(yàn)程序輸出可以看出，選取文件中起始的三個(gè)數(shù)據(jù)作為聚類中心將150個(gè)數(shù)據(jù)分類共需要迭代11次。此外，我采用隨機(jī)產(chǎn)生起始的聚類中心的方法下，迭代的次數(shù)出現(xiàn)了5次左右和12次左右的明顯差異。從而我發(fā)現(xiàn)K-均值聚類算法的收斂性是和初值的選取有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)中，程序中初始的聚類中心是1,2,3前三個(gè)數(shù)，而通過結(jié)果發(fā)現(xiàn)前三個(gè)數(shù)屬于同一類，迭代的次數(shù)為11次。而將1,51,52分別屬于三個(gè)類別的數(shù)據(jù)作為初始聚類中心，迭代次數(shù)為4次。由此可見，初始值選擇同一類時(shí)K-均值算法的收斂速度較慢，初始值選擇不同類別時(shí)K-均值算法的收斂速度較快。在起始不知道數(shù)據(jù)分類結(jié)果的情況下，初始聚類中心的選擇是隨機(jī)的。因此對于K