KMeans聚类的机器学习代码实战

简介：
本教程通过实际编程案例，详细讲解如何使用Python实现K-Means聚类算法，帮助读者掌握其原理与应用技巧。 【机器学习代码实战——KMeans（聚类）】 在机器学习领域，聚类是一种无监督的学习方法，其目的在于根据数据点之间的内在相似性将它们分成不同的簇。KMeans算法是应用最为广泛的聚类技术之一，它通过迭代优化过程来确定各个簇的中心位置。本段落旨在演示如何使用Python编程语言中的sklearn库进行KMeans聚类分析。 1. **实验目的** - 利用sklearn内置的鸢尾花数据集作为示例，该数据集中包含了花瓣长度和宽度的信息。 - 为了简化问题，仅关注于花瓣特征（即忽略萼片的相关信息）。 - 探索预处理步骤如数据标准化对聚类结果的影响，并通过绘制肘部曲线图确定最佳簇的数量。 2. **导入必要模块** - `from sklearn.cluster import KMeans`: 导入KMeans算法库函数。 - `import pandas as pd`: 用于高效的数据操作和管理。 - `from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler`: 数据预处理工具，支持数据的标准化操作。 - `from matplotlib import pyplot as plt`: 提供了绘图功能以进行结果可视化展示。 - `from sklearn.datasets import load_iris`: 负责加载鸢尾花的数据集。 3. **用pandas处理数据** - 加载并转换鸢尾花数据为DataFrame格式，以便于后续操作。 - 利用`drop()`函数去除不必要的特征项（萼片长度和宽度），保留花瓣的测量值用于聚类分析。 4. **拟合+预测** - 定义KMeans模型实例，并设置初始簇数参数n_clusters=3以寻找三个潜在的数据群集。 - 调用`fit_predict()`方法对数据进行训练并同时获取每个样本所属的簇标识信息。 5. **把预测结果合并到DF** - 将聚类算法产生的分类标签添加至原始DataFrame中，从而方便后续分析和绘图操作。 6. **可视化聚类效果** - 以不同颜色区分各个群集的数据点，并使用`scatter()`函数绘制散点图。 - 在图表上标记出每个簇的中心位置（用红色加号表示）以便于观察对比。 7. **比较不同的簇数的均方误差** - 遍历1至10之间的k值，计算相应的总平方和以评估不同数量群集下的聚类效果。 - 绘制肘部曲线图来确定最合适的群集数目（即在该曲线上拐点处对应的k值）。 8. **对数据归一化处理** - 在执行KMeans算法前进行数据标准化，确保各个特征变量在同一量级上以避免数值范围差异导致的偏差。 - 采用MinMaxScaler技术将所有特征的数据范围缩放至0到1之间。 通过上述步骤可以清晰地看到如何使用Python和sklearn库实现完整的聚类分析流程，包括从准备阶段、模型构建直到结果评估等各个关键环节。这不仅有助于理解KMeans算法的工作机制，还能将其应用于其他类似数据集以发现其中的模式与结构特征，在实际应用中选择合适的k值及进行有效的预处理步骤对于提高聚类质量至关重要。