Đây là một km nhỏ sử dụng bất kỳ khoảng cách 20 lẻ nào trong
scipy.spatial.distance hoặc hàm người dùng.
Nhận xét sẽ được hoan nghênh (điều này chỉ có một người dùng cho đến nay, không đủ); cụ thể, N, dim, k, metric của bạn là gì?
#!/usr/bin/env python
# kmeans.py using any of the 20-odd metrics in scipy.spatial.distance
# kmeanssample 2 pass, first sample sqrt(N)
from __future__ import division
import random
import numpy as np
from scipy.spatial.distance import cdist # $scipy/spatial/distance.py
# http://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/spatial.html
from scipy.sparse import issparse # $scipy/sparse/csr.py
__date__ = "2011-11-17 Nov denis"
# X sparse, any cdist metric: real app ?
# centres get dense rapidly, metrics in high dim hit distance whiteout
# vs unsupervised / semi-supervised svm
#...............................................................................
def kmeans( X, centres, delta=.001, maxiter=10, metric="euclidean", p=2, verbose=1 ):
""" centres, Xtocentre, distances = kmeans( X, initial centres ... )
in:
X N x dim may be sparse
centres k x dim: initial centres, e.g. random.sample( X, k )
delta: relative error, iterate until the average distance to centres
is within delta of the previous average distance
maxiter
metric: any of the 20-odd in scipy.spatial.distance
"chebyshev" = max, "cityblock" = L1, "minkowski" with p=
or a function( Xvec, centrevec ), e.g. Lqmetric below
p: for minkowski metric -- local mod cdist for 0 < p < 1 too
verbose: 0 silent, 2 prints running distances
out:
centres, k x dim
Xtocentre: each X -> its nearest centre, ints N -> k
distances, N
see also: kmeanssample below, class Kmeans below.
"""
if not issparse(X):
X = np.asanyarray(X) # ?
centres = centres.todense() if issparse(centres) \
else centres.copy()
N, dim = X.shape
k, cdim = centres.shape
if dim != cdim:
raise ValueError( "kmeans: X %s and centres %s must have the same number of columns" % (
X.shape, centres.shape ))
if verbose:
print "kmeans: X %s centres %s delta=%.2g maxiter=%d metric=%s" % (
X.shape, centres.shape, delta, maxiter, metric)
allx = np.arange(N)
prevdist = 0
for jiter in range( 1, maxiter+1 ):
D = cdist_sparse( X, centres, metric=metric, p=p ) # |X| x |centres|
xtoc = D.argmin(axis=1) # X -> nearest centre
distances = D[allx,xtoc]
avdist = distances.mean() # median ?
if verbose >= 2:
print "kmeans: av |X - nearest centre| = %.4g" % avdist
if (1 - delta) * prevdist <= avdist <= prevdist \
or jiter == maxiter:
break
prevdist = avdist
for jc in range(k): # (1 pass in C)
c = np.where( xtoc == jc )[0]
if len(c) > 0:
centres[jc] = X[c].mean( axis=0 )
if verbose:
print "kmeans: %d iterations cluster sizes:" % jiter, np.bincount(xtoc)
if verbose >= 2:
r50 = np.zeros(k)
r90 = np.zeros(k)
for j in range(k):
dist = distances[ xtoc == j ]
if len(dist) > 0:
r50[j], r90[j] = np.percentile( dist, (50, 90) )
print "kmeans: cluster 50 % radius", r50.astype(int)
print "kmeans: cluster 90 % radius", r90.astype(int)
# scale L1 / dim, L2 / sqrt(dim) ?
return centres, xtoc, distances
#...............................................................................
def kmeanssample( X, k, nsample=0, **kwargs ):
""" 2-pass kmeans, fast for large N:
1) kmeans a random sample of nsample ~ sqrt(N) from X
2) full kmeans, starting from those centres
"""
# merge w kmeans ? mttiw
# v large N: sample N^1/2, N^1/2 of that
# seed like sklearn ?
N, dim = X.shape
if nsample == 0:
nsample = max( 2*np.sqrt(N), 10*k )
Xsample = randomsample( X, int(nsample) )
pass1centres = randomsample( X, int(k) )
samplecentres = kmeans( Xsample, pass1centres, **kwargs )[0]
return kmeans( X, samplecentres, **kwargs )
def cdist_sparse( X, Y, **kwargs ):
""" -> |X| x |Y| cdist array, any cdist metric
X or Y may be sparse -- best csr
"""
# todense row at a time, v slow if both v sparse
sxy = 2*issparse(X) + issparse(Y)
if sxy == 0:
return cdist( X, Y, **kwargs )
d = np.empty( (X.shape[0], Y.shape[0]), np.float64 )
if sxy == 2:
for j, x in enumerate(X):
d[j] = cdist( x.todense(), Y, **kwargs ) [0]
elif sxy == 1:
for k, y in enumerate(Y):
d[:,k] = cdist( X, y.todense(), **kwargs ) [0]
else:
for j, x in enumerate(X):
for k, y in enumerate(Y):
d[j,k] = cdist( x.todense(), y.todense(), **kwargs ) [0]
return d
def randomsample( X, n ):
""" random.sample of the rows of X
X may be sparse -- best csr
"""
sampleix = random.sample( xrange( X.shape[0] ), int(n) )
return X[sampleix]
def nearestcentres( X, centres, metric="euclidean", p=2 ):
""" each X -> nearest centre, any metric
euclidean2 (~ withinss) is more sensitive to outliers,
cityblock (manhattan, L1) less sensitive
"""
D = cdist( X, centres, metric=metric, p=p ) # |X| x |centres|
return D.argmin(axis=1)
def Lqmetric( x, y=None, q=.5 ):
# yes a metric, may increase weight of near matches; see ...
return (np.abs(x - y) ** q) .mean() if y is not None \
else (np.abs(x) ** q) .mean()
#...............................................................................
class Kmeans:
""" km = Kmeans( X, k= or centres=, ... )
in: either initial centres= for kmeans
or k= [nsample=] for kmeanssample
out: km.centres, km.Xtocentre, km.distances
iterator:
for jcentre, J in km:
clustercentre = centres[jcentre]
J indexes e.g. X[J], classes[J]
"""
def __init__( self, X, k=0, centres=None, nsample=0, **kwargs ):
self.X = X
if centres is None:
self.centres, self.Xtocentre, self.distances = kmeanssample(
X, k=k, nsample=nsample, **kwargs )
else:
self.centres, self.Xtocentre, self.distances = kmeans(
X, centres, **kwargs )
def __iter__(self):
for jc in range(len(self.centres)):
yield jc, (self.Xtocentre == jc)
#...............................................................................
if __name__ == "__main__":
import random
import sys
from time import time
N = 10000
dim = 10
ncluster = 10
kmsample = 100 # 0: random centres, > 0: kmeanssample
kmdelta = .001
kmiter = 10
metric = "cityblock" # "chebyshev" = max, "cityblock" L1, Lqmetric
seed = 1
exec( "\n".join( sys.argv[1:] )) # run this.py N= ...
np.set_printoptions( 1, threshold=200, edgeitems=5, suppress=True )
np.random.seed(seed)
random.seed(seed)
print "N %d dim %d ncluster %d kmsample %d metric %s" % (
N, dim, ncluster, kmsample, metric)
X = np.random.exponential( size=(N,dim) )
# cf scikits-learn datasets/
t0 = time()
if kmsample > 0:
centres, xtoc, dist = kmeanssample( X, ncluster, nsample=kmsample,
delta=kmdelta, maxiter=kmiter, metric=metric, verbose=2 )
else:
randomcentres = randomsample( X, ncluster )
centres, xtoc, dist = kmeans( X, randomcentres,
delta=kmdelta, maxiter=kmiter, metric=metric, verbose=2 )
print "%.0f msec" % ((time() - t0) * 1000)
# also ~/py/np/kmeans/test-kmeans.py
Một số ghi chú được thêm vào 26mar 2012:
1) cho khoảng cách cosin, trước tiên, chuẩn hóa tất cả các vectơ dữ liệu thành | X | = 1; sau đó
cosinedistance( X, Y ) = 1 - X . Y = Euclidean distance |X - Y|^2 / 2
là nhanh Đối với các vectơ bit, giữ các chỉ tiêu riêng biệt với các vectơ thay vì mở rộng ra thành phao (mặc dù một số chương trình có thể mở rộng cho bạn). Đối với các vectơ thưa thớt, giả sử 1% N, X. Y nên mất thời gian O (2% N), không gian O (N); nhưng tôi không biết chương trình nào làm điều đó.
2)
Phân nhóm học Scikit
cung cấp một cái nhìn tổng quan tuyệt vời về k- , mini-batch-k-mean ... với mã hoạt động trên ma trận scipy.spude.
3) Luôn kiểm tra kích thước cụm sau k-mean. Nếu bạn đang mong đợi các cụm có kích thước gần bằng nhau, nhưng chúng phát ra
[44 37 9 5 5] %... (âm thanh gãi đầu).