K-Means 聚类算法 参数解析

K-Means聚类算法的原理流程:

  • 第一步:确定K值,聚类成K个类簇。
  • 第二步:从数据中随机选择(或按照某种方式)K个数据点作为初始分类的中心。
  • 第三步:分别计算数据中每个点到每个中心的距离,将每个点划分到离中心最近的类中
  • 第四步:当每个中心都划分了一些点后,去每个类的均值,选出新的中心。
  • 第五步:比较新的中心和之前的中心,如果新的中心和之前的中心之间的距离小于某阈值,或迭代次数超过某阈值,认为聚类已经收敛,终止。
  • 第六步:否则继续迭代执行第三到五步,直到第五步满足。
函数原型:
retval, bestLabels, centers = kmeans(data, K, bestLabels, criteria, attempts, flags, centers=None)
函数参数:
  • data: 需要分类数据,最好是np.float32的数据,每个特征放一列。

  • K: 聚类个数

  • bestLabels:预设的分类标签或者None

  • criteria:迭代停止的模式选择,这是一个含有三个元素的元组型数。格式为(type, max_iter, epsilon) 其中,type有如下模式:

    • cv2.TERM_CRITERIA_EPS :精确度(误差)满足epsilon,则停止。
    • cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER:迭代次数超过max_iter,则停止。
    • cv2.TERM_CRITERIA_EPS+cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER:两者结合,满足任意一个结束。
  • attempts:重复试验kmeans算法次数,将会返回最好的一次结果

  • flags:初始中心选择,可选以下两种:

    • v2.KMEANS_PP_CENTERS:使用kmeans++算法的中心初始化算法,即初始中心的选择使眼色相差最大.详细可查阅kmeans++算法。(Use kmeans++ center initialization by Arthur and Vassilvitskii)
    • cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS:每次随机选择初始中心(Select random initial centers in each attempt.)

返回值:

  • compactness:紧密度,返回每个点到相应重心的距离的平方和

  • labels:结果标记,每个成员被标记为分组的序号,如 0,1,2,3,4…等

  • centers:由聚类的中心组成的数组

      import cv2
      import numpy as np
      import matplotlib.pyplot as plt
       
      #读取原始图像
      img = cv2.imread('img/autumn.png')
      print(img.shape)
      #(486, 654, 3)
      #图像二维像素转换为一维
      #转换成3列
      data = img.reshape((-1,3))
      data = np.float32(data)
       
      #定义终止条件 (type,max_iter,epsilon)
      criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS +
                  cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 10, 1.0)
       
      #设置初始中心的选择
      # flags = cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS
      flags = cv2.KMEANS_PP_CENTERS
       
      #K-Means聚类 聚集成4类
      compactness, labels, centers = cv2.kmeans(data, 4, None, criteria, 10, flags)
       
      #图像转换回uint8二维类型
      centers = np.uint8(centers)
      res = centers[labels.flatten()]
      dst = res.reshape((img.shape))
       
      cv2.imwrite("img/autumn4.png",dst)
    

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