k-means是一种最流行的聚类算法,属于无监督学习
k-means可以在数据集分为相似的组(簇),使得组内数据的相似度较高,组间之间的相似度较低。
k-means算法步骤:
本文基于顾客购物订单数据集
数据集:数据集网盘下载
提取码:p2v9
import numpy as np
import pandas as pd
data = pd.read_csv(r"dataset/order.csv")
data
我们只关系用户购买的产品 即关心 Food% Fresh% Drinks% Home% Beauty% Health% Baby% Pets% 这几列
# 我们只关系用户购买的产品 即关心 Food% Fresh% Drinks% Home% Beauty% Health% Baby% Pets%这几列
# 所以需要进行数据筛选
t = data.iloc[:,-8:]
t
class KMeans:
"""使用python语言实现聚类算法"""
def __init__(self,k,times):
"""初始化方法
参数:
k:int
聚类的个数
times:int
迭代次数
"""
self.k = k
self.times = times
def fit(self,X):
"""根据提供的训练数据,对模型进行训练
参数:
X:类数组类型。形状为:[样本数量,特征数量]
待训练的样本特征属性
"""
X = np.asarray(X)
# 设置随机种子,便于产生相同的随机序列。(随机的结果可以重现.)
np.random.seed(0)
# 从数组中随机选择k个点,作为初始聚类中心
self.cluster_centers_ = X[np.random.randint(0,len(X),self.k)]
self.labels_ = np.zeros(len(X))
for t in range(self.times):
for index,x in enumerate(X):
# 计算每个样本与聚类中心的距离
dis = np.sqrt(np.sum((x - self.cluster_centers_)**2,axis=1))
# 将最小距离的索引赋值给标签数组。索引的值就是当前所属的簇,范围为0 ~ k-1
self.labels_[index] = dis.argmin()
# 更新聚类中心
for i in range(self.k):
# 计算每个簇内所有点的均值,用来更新聚类中心。
self.cluster_centers_[i] = np.mean(X[self.labels_ == i],axis=0)
def predict(self,X):
"""根据参数传递的样本,对样本数据进行预测。(预测样本属于哪一个簇)
参数:
X:类数组类型。形状为:[样本数量,特征数量]
待预测的样本特征属性
返回值:
result:数组类型
预测的结果。每一个X所属的类别
"""
X = np.asarray(X)
result = np.zeros(len(X))
for index,x in enumerate(X):
# 计算样本到每个聚类中心的距离
dis = np.sqrt(np.sum((x - self.cluster_centers_)**2,axis=1))
# 找到距离最近的聚类中心,划分类别。
result[index] = dis.argmin()
return result
由于数据集比较大,训练比较费事,耐心等待。
kmeans = KMeans(k=3,times=50)
kmeans.fit(t)
簇中心
# 簇中心
kmeans.cluster_centers_
簇号为0的样本
# 簇为0号的样本
t[kmeans.labels_ == 0]
# 预测 传入三个样本
kmeans.predict([[30,30,40,0,0,0,0,0],[0,0,0,0,0,30,30,40],[30,30,0,0,0,0,20,20]])
选取 Food% Fresh% 两个特征
# loc按标签进行切边,两端前后都包含
t2 = data.loc[:,"Food%":"Fresh%"]
kmeans = KMeans(k=3,times=50)
kmeans.fit(t2)
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
mpl.rcParams["font.family"] = "SimHei"
mpl.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
plt.figure(figsize=(10,8))
# 绘制每个类散点图
plt.scatter(t2[kmeans.labels_ == 0].iloc[:,0],t2[kmeans.labels_ == 0].iloc[:,1],label="类别1")
plt.scatter(t2[kmeans.labels_ == 1].iloc[:,0],t2[kmeans.labels_ == 1].iloc[:,1],label="类别2")
plt.scatter(t2[kmeans.labels_ == 2].iloc[:,0],t2[kmeans.labels_ == 2].iloc[:,1],label="类别3")
# 绘制聚类中心
plt.scatter(kmeans.cluster_centers_[:,0],kmeans.cluster_centers_[:,1],marker="+",s=300)
plt.title("食物&肉类购买的聚类分析")
plt.xlabel("食物")
plt.ylabel("肉类")
plt.legend()
plt.show()