JN江南平台app-简单一文助你理解DBSCAN是什么
发布日期：2024-10-31 04:55:01 本文摘要：一般说到聚类算法，大多数人会想起k－means算法，但k－means算法一般只限于于凹样本集，且必须预先原作k值，而DBSCAN聚类既可以用作凹样本集，也可以用作非凸样本集，也不必须提早原作簇族数。一般说到聚类算法，大多数人会想起k－means算法，但k－means算法一般只限于于凹样本集，且必须预先原作k值，而DBSCAN聚类既可以用作凹样本集，也可以用作非凸样本集，也不必须提早原作簇族数。关于凹样本集的说明如下图右图。关于DBSCAN聚类，它是基于密度的聚类，一般通过样本间的密切程度来展开聚类，将密切连接的一类样本化作一类，以后迭代所有样本点。
而DBSCAN聚类有下面几个定义。1．ε－邻域：有一个样本点x1，以x1为圆心，半径为ε的一个范围2．min＿sample（大于样本点数）：在样本点x1的ε－邻域内的所有样本点总数n；如果n＞＝min＿sample，样本点沦为核心点，否则为非核心点。
而非核心又分成边界点和噪声点。他们的区别在于其ε－邻域内否不存在核心点，如果不存在则为边界点，否则为噪声点。
3．密度往返：有样本点x1坐落于x2的ε－邻域内，且x2为核心点，则称之为x1由x2密度往返。4．密度可约：有样本点x1坐落于x2的ε－邻域内，且x1和x2皆为核心点，则称之为x1和x2密度可约。5．密度连接：有非核心点x1和x2皆在核心点x3的ε－邻域内，则称之为x1和x2密度连接。所有密度连接的样本点构成一个子集。
上图中的红色点为核心点，黑色点为非核心点（还包括边界点和噪音点）。一共有两组密度可约，第一组（左边）有七个核心点，其子集还包括七个核心点以及各个ε－邻域内的所有边界点。第二组（右边）有五个核心点，其子集还包括五个核心点以及各个ε－邻域内的所有边界点。
当所有非噪声点皆在有所不同子集内时，聚类完结。因此，可以将DBSCAN聚类的流程定义如下：有数据集X＝｛x1，x2，．．．，xn｝，设置好min＿sample和邻域半径值。
1．迭代数据集，将各个样本点间的距离留存到一个矩阵中；2．迭代数据集，将所有的核心点，以及各个核心点邻域内的样本点找到；3．如果核心点间的距离大于半径值，则将两个核心点相连到一起；最后不会构成若干簇族；4．将所有边界点分配到离他最近的核心点；5．以后所有非噪音点已完成分配，算法完结。python构建用的是sklearn库自带的数据集－－－make＿circles。散点图如下。
根据上面定义的流程，开始写出代码啦。首先要获得各个样本点间的距离：defdis（self，va，vb）：s＝（va－vb）f＝sqrt（s＊s．T）returnf［0，0］defget＿distance（self，dataset）：m，n＝shape（dataset）［0］，shape（dataset）［1］dataset＝mat（dataset）dis＝mat（zeros（（m，m）））foriinrange（m）：forjinrange（i，m）：dis［i，j］＝self．dis（dataset［i，］，dataset［j，］）dis［j，i］＝dis［i，j］returndis然后寻找所有的核心点，以及各个核心点邻域内的所有样本点子集。deffind＿core＿point（self，dismatrix）：core＿point＝［］core＿point＿dict＝｛｝m＝shape（dismatrix）［0］foriinrange（m）：ind＝［］forjinrange（m）：ifdismatrix［i，j］＜self．eps：ind．append（j）iflen（ind）＞＝self．min＿sample：core＿point．append（i）core＿point＿dict［str（i）］＝indcore＿point＿core＝｛｝forkey，valueincore＿point＿dict．items（）：o＝［］foriinvalue：ifiincore＿point：o．append（i）core＿point＿core［key］＝oreturncore＿point，core＿point＿dict，core＿point＿core其中core＿point是一个列表，存储所有的核心点core＿point＿dict是一个字典，key为核心点，value为该核心点邻域内的所有样本点子集core＿point＿core是一个字典，key为核心点，value为该核心点邻域内所有核心点子集接下来就是找到密度往返点子集，也就是在邻域内的核心点子集defjoin＿core＿point（self，core＿point，core＿point＿dict，core＿point＿core）：labels＝array（zeros（（1，len（core＿point））））num＝1result＝｛｝result［str（num）］＝core＿point＿core［str（core＿point［0］）］foriinrange（1，len（core＿point））：q＝［］forkey，valueinresult．items（）：r＝self．get＿same（core＿point＿core［str（core＿point［i］）］，value）ifr：q．append（key）ifq：n＝result［q［0］］．copy（）n．extend（core＿point＿core［str（core＿point［i］）］）foriinrange（1，len（q））：n．extend（result［q［i］］）delresult［q［i］］result［q［0］］＝list（set（n））else：num＝num＋1result［str（num）］＝core＿point＿core［str（core＿point［i］）］returnresult再行将所有边界点区分到其最近的核心点一簇并所画出有。
defddbscan（self，data，label）：m＝shape（data）［0］dismatrix＝self．get＿distance（data）types＝array（zeros（（1，m）））number＝1core＿point，core＿point＿dict，core＿point＿core＝self．find＿core＿point（dismatrix）iflen（core＿point）：core＿result＝self．join＿core＿point（core＿point，core＿point＿dict，core＿point＿core）forkey，valueincore＿result．items（）：k＝int（key）foriinvalue：types［0，i］＝kforjincore＿point＿dict［str（i）］：types［0，j］＝kprint（types）newlabel＝types．tolist（）［0］data＝array（data）q＝list（set（newlabel））print（q）colors＝［＇r＇，＇b＇，＇g＇，＇y＇，＇c＇，＇m＇，＇orange＇］foriiinq：i＝int（ii）xy＝data［types［0，：］＝＝i，：］plt．plot（xy［：，0］，xy［：，1］，＇o＇，markerfacecolor＝colors［q．index（ii）］，markeredgecolor＝＇w＇，markersize＝5）plt．title（＇DBSCAN＇）plt．show（）最后的结果图如下：虽然效果不俗，但自己写出的就是较为辣鸡，一共用了10．445904秒；如果知道要用这个算法的话，不引荐大家用自己写出的，事实上sklearn库就有DBSCAN这个函数，只必须0．0284941秒。效果如上右图。而且代码也只有几行。
代码拷贝于（http：／／itindex．net／detail／58485－％E8％81％9A％E7％B1％BB－％E7％AE％97％E6％B3％95－dbscan）defskdbscan（self，data，label）：data＝array（data）db＝DBSCAN（eps＝self．eps，min＿samples＝self．min＿sample，metric＝＇euclidean＇）．fit（data）core＿samples＿mask＝zeros＿like（db．labels＿，dtype＝bool）core＿samples＿mask［db．core＿sample＿indices＿］＝Truelabels＝db．labels＿n＿clusters＿＝len（set（labels））－（1if－1inlabelselse0）unique＿labels＝set（labels）colors＝［＇r＇，＇b＇，＇g＇，＇y＇，＇c＇，＇m＇，＇orange＇］fork，colinzip（unique＿labels，colors）：ifk＝＝－1：col＝＇k＇class＿member＿mask＝（labels＝＝k）xy＝data［class＿member＿mask＆core＿samples＿mask］plt．plot（xy［：，0］，xy［：，1］，＇o＇，markerfacecolor＝col，markeredgecolor＝＇w＇，markersize＝10）plt．title（＇Estimatednumberofclusters：％d＇％n＿clusters＿）plt．show（）关于DBSCAN这个函数有几个要留意的地方：DBSCAN（eps＝0．1，min＿samples＝5，metric＝＇euclidean＇，algorithm＝＇auto＇，leaf＿size＝30，p＝None，n＿jobs＝1）核心参数：eps：float－邻域的距离阈值min＿samples：int，样本点要沦为核心对象所必须的？－邻域的样本数阈值其他参数：metric：度量方式，配置文件为欧式距离，可以用于的距离度量参数有：欧式距离“euclidean”曼哈顿距离“manhattan”托比雪夫距离“chebyshev”闵可夫斯基距离“minkowski”带上权重闵可夫斯基距离“wminkowski”标准化欧式距离“seuclidean”马氏距离“mahalanobis”自己定义距离函数algorithm：邻接算法解法方式，有四种：“brute”蛮力构建“kd＿tree”KD树构建“ball＿tree”球树构建“auto”上面三种算法中做到权衡，自由选择一个数值最差的拟合算法。leaf＿size：用于“ball＿tree”或“kd＿tree”时，暂停建子树的叶子节点数量的阈值p：只用作闵可夫斯基距离和带上权重闵可夫斯基距离中p值的自由选择，p＝1为曼哈顿距离，p＝2为欧式距离。如果用于配置文件的欧式距离不必须管这个参数。n＿jobs：CPU分段数，若值为－1，则用所有的CPU展开运算DBSCAN聚类的优缺点优点：可以很好的找到噪声点，但是对其不脆弱；可以对给定形状的密集数据展开聚类；缺点：1．必须原作min＿sample和eps；有所不同的人组差异十分大；2．数据量相当大时，效率不会尤其较低，发散时间很长；3．对于密度不均匀分布，聚类间差距相当大的数据集效果很差。
最后，送来一个基于DBSCAN聚类的笑脸给大家。可以去这个网站自行尝试。文章到这里就继续告一段落啦，小伙伴们是不是进账满满咧？。
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