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聚类分析是一种无监督学习法,它将数据点分离成若干个特定的群或组,使得在某种意义上同一组中的数据点具有相似的性质,不同组中的数据点具有不同的性质。
聚类分析包括基于不同距离度量的多种不同方法。例如。K均值(点之间的距离)、Affinity propagation(图之间的距离)、均值漂移(点之间的距离)、DBSCAN(最近点之间的距离)、高斯混合(到中心的马氏距离)、谱聚类(图之间距离)等。
2014年,DBSCAN算法在领先的数据挖掘会议ACM SIGKDD上获得the testof time奖(授予在理论和实践中受到广泛关注的算法)。
所有聚类法都使用相同的方法,即首先计算相似度,然后使用相似度将数据点聚类为组或群。本文将重点介绍具有噪声的基于密度的聚类方法(DBSCAN)。
既然已经有了K均值聚类,为什么还需要DBSCAN这样的基于密度的聚类算法呢?
K均值聚类可以将松散相关的观测聚类在一起。每一个观测最终都成为某个聚类的一部分,即使这些观测在向量空间中分散得很远。由于聚类依赖于聚类元素的均值,因此每个数据点在形成聚类中都起着作用。
数据点的轻微变化可能会影响聚类结果。由于聚类的形成方式,这个问题在DBSCAN中大大减少。这通常不是什么大问题,除非遇到一些具有古怪形状的数据。
使用K均值的另一个困难是需要指定聚类的数量(“k”)以便使用。很多时候不会预先知道什么是合理的k值。
DBSCAN的优点在于,不必指定使用它的聚类数量。需要的只是一个计算值之间距离的函数,以及一些将某些距离界定为“接近”的指令。在各种不同的分布中,DBSCAN也比K均值产生更合理的结果。下图说明了这一事实:
基于密度的聚类是无监督学习法,基于数据空间中的聚类是高点密度的连续区域,通过低点密度的连续区域与其他此类聚类分离,来识别数据中独特的组/聚类。
具有噪声的基于密度的聚类方法(DBSCAN)是基于密度聚类的一种基本算法。它可以从大量的数据中发现不同形状和大小的聚类,这些聚类中正包含着噪声和异常值。
DBSCAN算法使用以下两种参数:
· eps (ε):一种距离度量,用于定位任何点的邻域内的点。
· minPts:聚类在一起的点的最小数目(一个阈值),使一个区域界定为密集。
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