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模式识别与机器学习
Pattern Recognition & Machine Learning
第五讲 聚类
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第五讲 聚类
• 本讲学习目标
理解聚类的两大类方法
掌握K-均值聚类方法,理解模糊K-均值聚类的原理
掌握谱聚类方法
掌握高斯混合模型聚类方法,了解无限高斯混合模型
第五讲 聚类
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第五讲 聚类
目录
• K-均值聚类
• 算法介绍
• 模糊K-均值聚类
• 谱聚类
• 高斯混合模型聚类
• 模型表示
• 模型推理与参数估计
• 无限高斯混合模型
第五讲 聚类
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第五讲 聚类
聚类任务:
① 在相同簇中的数据尽可能相似
② 在不同簇中的数据尽可能不同
聚类方法:
① 基于数据间相似度的方法
② 基于密度估计的方法
K
-均值(
K
-means):
将
K
个聚类簇的中心作为簇的代表,希望所有数据点与其所在聚类中心
的距离总和最小
K-均值聚类
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第五讲 聚类
给定数据集 =
1
,
2
, ⋯ ,
,
∈
,假设将数据集聚类为个簇,
数据点
的类别记为
, ∈ 1,2, ⋯ , , = {
,
, ⋯ ,
}表示个簇
的中心。 -均值聚类算法的优化目标是最小化簇内误差平方和
假设初始误差为
数据从簇移入簇中时,各个簇的均值
和
分别变为
�
和
�
其中,
和
分别表示当前簇和簇中的数据的数目,即
K-均值聚类
2
11
,
( ) || || ,argmin
KN
nn
kn
k
Iz k
= =
∑∑
= −
μ z
x μ
2
11
( ) || || .
K N
n nk
kn
J Iz k
= =
∑∑
= = −x µ
=+ ,
11 1
ii ii i i i
ii
ii i
NN
NN N
− −+− −
= =
−− −
x xx
µ µµµ µ
µµ
=+ ,
11 1
jj jj j j j
jj
jj j
NN
NN N
= =
+− +
x+x+ x
+− −µ µµµ µ
µµ
11
( ), ( )
NN
nn
i nj n
N Iz i N Iz j
= =
∑∑
= = = =
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