无监督学习之DBSCAN算法

DBSCAN算法

    • 1.算法的基本概念
    • 2. 算法操作步骤
    • 3.算法的参数选择
    • 4.算法的优点与缺点

1.算法的基本概念

  • 全称:Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise

  • 属性概念

    属性 概念
    核心对象 若某个点的密度达到算法设定的阈值则其为核心点。(即 r 邻域内点的数量不小于 number个数量)
    边界点 属于某一个类的非核心点,不能在与下一个点密度相连【属于一类的最边界的点,离核心点最远】
    ϵ-邻域的距离阈值 设定的半径r
    密度相连 若从某核心点q出发,点q和点k都是密度可达的 ,则称点q和点k是密度相连的。
    直接密度可达 若某点p在点q(q是核心点)的 r 邻域内,则p-q直接密度可达。
    密度可达 若有一个点的序列 q 0 、 q 1 、 … q k q^0、q^1、…q^k q0q1qk,对任意 q i − q i − 1 q^i-q^{i-1} qiqi1是直接密度可达,则称从 q 0 q^0 q0 q k q^k qk密度可达,称为直接密度可达的“传播”。
    噪声点 不属于任何一个类簇的点,从任何一个核心点出发都是密度不可达【不能分类到任何一个簇】,即此算法可以对数据进行异常值检测

无监督学习之DBSCAN算法_第1张图片

2. 算法操作步骤

  • 输入相关参数
    • 参数D:输入数据集
    • 参数ϵ:指定半径
    • MinPts:密度阈值
  • 迭代步骤
    • 将所有数据点标记为(未被访问)
    • While:
      • 随机选择一个未被访问点p,并且标记为已访问,if p的ϵ-领域内点的数量>领域值MinPts
        • 创建一个新簇C,并且把p添加到簇C
        • Np的ϵ-领域内点对象集合
        • 遍历N中的每个点x,如果点x未被访问,将x访问
        • if x的ϵ-领域内点的数量>MinPts的值
          • x的所有ϵ-领域内点添加到N
          • if x 不是任何簇的成员,将x添加到C
        • 得到一个簇C
      • 再次循环的获得新簇

3.算法的参数选择

参数 含义
半径r 可以根据K距离来设定:找突变点
K距离 给定数据集P={p(i); i=0,1,…n},计算点P(i)到集合D的子集S中所有点之间的距离,距离按照从小到大的顺序排序,d(k)就被称为k-距离。
MinPts k-距离中k的值,一般取的小一些,多次尝试

4.算法的优点与缺点

  • 优点:

    • 不需要指定簇个数

    • 可以发现任意形状的簇

    • 擅长找到离群点(检测任务)

    • 超参数较少, 两个参数就够了

  • 缺点:

    • 高维数据有些困难(可以做降维)
    • 参数难以选择(参数对结果的影响非常大)
    • Sklearn中效率很慢(数据削减策略)
    • DBSCAN算法可视化链接

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