Pythonsklearn机器Birch聚类算法
基本原理
BIRCH,即Balanced Iterative Reducing and Clustering Using Hierarchies,利用分层的平衡迭代规约和聚类,特点是扫描一次数据就可以实现聚类,
而根据经验,一般这种一遍成功的算法,背后一定有一棵树,而这棵树的生成规则,往往就是算法的核心。Birch算法的核心,叫做聚类特征树(Clustering Feature Tree),简称CF树。
CF树由CF构成,每个CF都是三元组,表示为(N, LS, SS),其中N表示点数;LS表示点的向量和;SS表示CF各分量的平方和。
CF树常见的操作有两个,分别是添加样本点和CF分裂。而一个新的样本点到来之后,是融入现有的CF,还是另行开辟一个新的CF,则要受到至少两个参数的约束:
- 最大CF数
- 每个CF的最大样本半径
sklearn调用
在sklearn
中,Birch
类的构造函数如下
Birch(*, threshold=0.5, branching_factor=50, n_clusters=3, compute_labels=True, copy=True)
其中
threshold
表示CF最大样本半径,当新的样本加入到某个CF中后,如果大于threshold
,则会发生CF分裂。branching_factor
表示每个节点的最大CF个数
考虑到Birch
适用于较大样本数量,所以下面
import numpy as np
from sklearn.cluster import Birch
from sklearn.datasets import make_blobs
import matplotlib.pyplot as plt
xs, ys = np.indices([10,10])*5
n_centers = np.array(list(zip(xs.reshape(-1), ys.reshape(-1))))
X, y = make_blobs(n_samples=25000, centers=n_centers, random_state=0)
birch = Birch(threshold=1.7, n_clusters=None)
birch.fit(X)
plt.scatter(X[:,0], X[:,1], c=birch.labels_, marker='.')
plt.show()
效果为
貌似效果不太好,主要原因可能是没预设样本数,
birch = Birch(threshold=1.7, n_clusters=100)
birch.fit(X)
plt.scatter(X[:,0], X[:,1], c=birch.labels_, marker='.')
plt.show()
将n_cluster
设为100之后,效果为
接下来测试一下Birch
算法的效率,通过make_blobs
生成10万个点,然后通过Birch算法完成聚类
import time
X, y = make_blobs(n_samples=100000, centers=n_centers, random_state=0)
t = time.time()
birch = Birch(threshold=1.7, n_clusters=100)
birch.fit(X)
print(time.time()-t)
plt.scatter(X[:,0], X[:,1], c=birch.labels_, marker='.')
plt.show()
耗时2.79s,聚类结果为
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