模糊c均值聚类+FCM算法的MATLAB代码

模糊c均值聚类FCM算法的MATLAB代码

我做毕业论文时需要模糊C-均值聚类，找了好长时间才找到这个，分享给大家：

FCM算法的两种迭代形式的MA TLAB代码写于下,也许有的同学会用得着:

m文件1/7:

function [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter]=fuzzycm(Data,C,plotflag,M,epsm)

% 模糊C 均值聚类FCM: 从随机初始化划分矩阵开始迭代

% [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter] = fuzzycm(Data,C,plotflag,M,epsm)

% 输入:

% Data: N×S 型矩阵,聚类的原始数据,即一组有限的观测样本集,

% Data 的每一行为一个观测样本的特征矢量,S 为特征矢量

% 的维数,N 为样本点的个数

% C: 聚类数,1

% plotflag: 聚类结果2D/3D 绘图标记,0 表示不绘图,为缺省值

% M: 加权指数,缺省值为2

% epsm: FCM 算法的迭代停止阈值,缺省值为1.0e-6

% 输出:

% U: C×N 型矩阵,FCM 的划分矩阵

% P: C×S 型矩阵,FCM 的聚类中心,每一行对应一个聚类原型

% Dist: C×N 型矩阵,FCM 各聚类中心到各样本点的距离,聚类中

% 心i 到样本点j 的距离为Dist(i,j)

% Cluster_Res: 聚类结果,共C 行,每一行对应一类

% Obj_Fcn: 目标函数值

% iter: FCM 算法迭代次数

% See also: fuzzydist maxrowf fcmplot

if nargin<5

epsm=1.0e-6;

end

if nargin<4

M=2;

end

if nargin<3

plotflag=0;

end

[N,S]=size(Data);m=2/(M-1);iter=0;

Dist(C,N)=0; U(C,N)=0; P(C,S)=0;

% 随机初始化划分矩阵

U0 = rand(C,N);

U0=U0./(ones(C,1)*sum(U0));

% FCM 的迭代算法

while true

% 迭代计数器

iter=iter+1;

% 计算或更新聚类中心P

Um=U0.^M;

P=Um*Data./(ones(S,1)*sum(Um'))';

% 更新划分矩阵U

for i=1:C

for j=1:N

Dist(i,j)=fuzzydist(P(i,:),Data(j,:));

end

end

U=1./(Dist.^m.*(ones(C,1)*sum(Dist.^(-m))));

% 目标函数值: 类内加权平方误差和

if nargout>4 | plotflag

Obj_Fcn(iter)=sum(sum(Um.*Dist.^2));

end

% FCM 算法迭代停止条件

if norm(U-U0,Inf)

break

end

U0=U;

end

% 聚类结果

if nargout > 3

res = maxrowf(U);

for c = 1:C

v = find(res==c);

Cluster_Res(c,1:length(v))=v;

end

end

% 绘图

if plotflag

fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn);

end

m文件2/7:

function [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter]=fuzzycm2(Data,P0,plotflag,M,epsm) % 模糊C 均值聚类FCM: 从指定初始聚类中心开始迭代

% [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter] = fuzzycm2(Data,P0,plotflag,M,epsm)

% 输入: Data,plotflag,M,epsm: 见fuzzycm.m

% P0: 初始聚类中心

% 输出: U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter: 见fuzzycm.m

% See also: fuzzycm

if nargin<5

epsm=1.0e-6;

if nargin<4

M=2;

end

if nargin<3

plotflag=0;

end

[N,S] = size(Data); m = 2/(M-1); iter = 0;

C=size(P0,1);Dist(C,N)=0;U(C,N)=0;P(C,S)=0;

% FCM 的迭代算法

while true

% 迭代计数器

iter=iter+1;

% 计算或更新划分矩阵U

for i=1:C

for j=1:N

Dist(i,j)=fuzzydist(P0(i,:),Data(j,:));

end

end

U=1./(Dist.^m.*(ones(C,1)*sum(Dist.^(-m))));

% 更新聚类中心P

Um=U.^M;

P=Um*Data./(ones(S,1)*sum(Um'))';

% 目标函数值: 类内加权平方误差和

if nargout>4 | plotflag

Obj_Fcn(iter)=sum(sum(Um.*Dist.^2));

end

% FCM 算法迭代停止条件

if norm(P-P0,Inf)

break

end

P0=P;

end

% 聚类结果

if nargout > 3

res = maxrowf(U);

for c = 1:C

v = find(res==c);

Cluster_Res(c,1:length(v))=v;

end

end

% 绘图

if plotflag

fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn);

m文件3/7:

function fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn)

% FCM 结果绘图函数

% See also: fuzzycm maxrowf ellipse

[C,S] = size(P); res = maxrowf(U);

str = 'po*x+d^v><.h';

% 目标函数绘图

figure(1),plot(Obj_Fcn)

title('目标函数值变化曲线','fontsize',8)

% 2D 绘图

if S==2

figure(2),plot(P(:,1),P(:,2),'rs'),hold on

for i=1:C

v=Data(find(res==i),:);

plot(v(:,1),v(:,2),str(rem(i,12)+1))

ellipse(max(v(:,1))-min(v(:,1)), ...

max(v(:,2))-min(v(:,2)), ...

[max(v(:,1))+min(v(:,1)), ...

max(v(:,2))+min(v(:,2))]/2,'r:') end

grid on,title('2D 聚类结果图','fontsize',8),hold off end

% 3D 绘图

if S>2

figure(2),plot3(P(:,1),P(:,2),P(:,3),'rs'),hold on

for i=1:C

v=Data(find(res==i),:);

plot3(v(:,1),v(:,2),v(:,3),str(rem(i,12)+1))

ellipse(max(v(:,1))-min(v(:,1)), ...

max(v(:,2))-min(v(:,2)), ...

[max(v(:,1))+min(v(:,1)), ...

max(v(:,2))+min(v(:,2))]/2, ...

'r:',(max(v(:,3))+min(v(:,3)))/2) end

grid on,title('3D 聚类结果图','fontsize',8),hold off end

m文件4/7:

function D=fuzzydist(A,B)

% 模糊聚类分析: 样本间的距离

% D = fuzzydist(A,B)

D=norm(A-B);

m文件5/7:

function mr=maxrowf(U,c)

% 求矩阵U 每列第c 大元素所在行,c 的缺省值为1

% 调用格式: mr = maxrowf(U,c)

% See also: addr

if nargin<2

c=1;

end

N=size(U,2);mr(1,N)=0;

for j=1:N

aj=addr(U(:,j),'descend');

mr(j)=aj(c);

end

m文件6/7:

function ellipse(a,b,center,style,c_3d)

% 绘制一个椭圆

% 调用: ellipse(a,b,center,style,c_3d)

% 输入:

% a: 椭圆的轴长(平行于x 轴)

% b: 椭圆的轴长(平行于y 轴)

% center: 椭圆的中心[x0,y0],缺省值为[0,0]

% style: 绘制的线型和颜色,缺省值为实线蓝色

% c_3d: 椭圆的中心在3D 空间中的z 轴坐标,可缺省if nargin<4

style='b';

end

if nargin<3 | isempty(center)

center=[0,0];

end

t=1:360;

x=a/2*cosd(t)+center(1);

y=b/2*sind(t)+center(2);

if nargin>4

plot3(x,y,ones(1,360)*c_3d,style)

else

plot(x,y,style)

end

m文件7/7:

function f = addr(a,strsort)

% 返回向量升序或降序排列后各分量在原始向量中的索引

% 函数调用:f = addr(a,strsort)

% strsort: 'ascend' or 'descend'

% default is 'ascend'

% -------- example --------

% addr([ 4 5 1 2 ]) returns ans:

% [ 3 4 1 2 ]

if nargin==1

strsort='ascend';

end

sa=sort(a); ca=a;

la=length(a);f(la)=0;

for i=1:la

f(i)=find(ca==sa(i),1);

ca(f(i))=NaN;

end

if strcmp(strsort,'descend') f=fliplr(f);

end

几天前我还在这里发帖求助，可是很幸运在其他地方找到了，在这里和大家分享一下！

function [center, U, obj_fcn] = FCMClust(data, cluster_n, options)

% FCMClust.m 采用模糊C均值对数据集data聚为cluster_n类

%

% 用法：

% 1. [center,U,obj_fcn] = FCMClust(Data,N_cluster,options);

% 2. [center,U,obj_fcn] = FCMClust(Data,N_cluster);

%

% 输入：

% data ---- nxm矩阵,表示n个样本,每个样本具有m的维特征值

% N_cluster ---- 标量,表示聚合中心数目,即类别数

% options ---- 4x1矩阵，其中

% options(1): 隶属度矩阵U的指数，>1 (缺省值: 2.0)

% options(2): 最大迭代次数 (缺省值: 100)

% options(3): 隶属度最小变化量,迭代终止条件 (缺省值: 1e-5)

% options(4): 每次迭代是否输出信息标志 (缺省值: 1)

% 输出：

% center ---- 聚类中心

% U ---- 隶属度矩阵

% obj_fcn ---- 目标函数值

% Example:

% data = rand(100,2);

% [center,U,obj_fcn] = FCMClust(data,2);

% plot(data(:,1), data(:,2),'o');

% hold on;

% maxU = max(U);

% index1 = find(U(1,:) == maxU);

% index2 = find(U(2,:) == maxU);

% line(data(index1,1),data(index1,2),'marker','*','color','g'); % line(data(index2,1),data(index2,2),'marker','*','color','r'); % plot([center([1 2],1)],[center([1 2],2)],'*','color','k')

% hold off;

if nargin ~= 2 & nargin ~= 3, %判断输入参数个数只能是2个或3个

error('Too many or too few input arguments!');

end

data_n = size(data, 1); % 求出data的第一维(rows)数,即样本个数

in_n = size(data, 2); % 求出data的第二维(columns)数，即特征值长度

% 默认操作参数

default_options = [2; % 隶属度矩阵U的指数

100; % 最大迭代次数

1e-5; % 隶属度最小变化量,迭代终止条件

1]; % 每次迭代是否输出信息标志

if nargin == 2,

options = default_options;

else %分析有options做参数时候的情况

% 如果输入参数个数是二那么就调用默认的option;

if length(options) < 4, %如果用户给的opition数少于4个那么其他用默认值;

tmp = default_options;

tmp(1:length(options)) = options;

options = tmp;

end

% 返回options中是数的值为0(如NaN),不是数时为1

nan_index = find(isnan(options)==1);

%将denfault_options中对应位置的参数赋值给options中不是数的位置. options(nan_index) = default_options(nan_index);

if options(1) <= 1, %如果模糊矩阵的指数小于等于1

error('The exponent should be greater than 1!');

end

end

%将options 中的分量分别赋值给四个变量;

expo = options(1); % 隶属度矩阵U的指数

max_iter = options(2); % 最大迭代次数

min_impro = options(3); % 隶属度最小变化量,迭代终止条件display = options(4); % 每次迭代是否输出信息标志

obj_fcn = zeros(max_iter, 1); % 初始化输出参数obj_fcn

U = initfcm(cluster_n, data_n); % 初始化模糊分配矩阵,使U满足列上相加为1,

% Main loop 主要循环

for i = 1:max_iter,

%在第k步循环中改变聚类中心ceneter,和分配函数U的隶属度值;

[U, center, obj_fcn(i)] = stepfcm(data, U, cluster_n, expo); if display,

fprintf('FCM:Iteration count = %d, obj. fcn = %f\n', i, obj_fcn(i));

end

% 终止条件判别

if i > 1,

if abs(obj_fcn(i) - obj_fcn(i-1)) < min_impro, break;

end,

end

end

iter_n = i; % 实际迭代次数

obj_fcn(iter_n+1:max_iter) = [];

matlab、lingo程序代码14-模糊聚类(聚类分析)

模糊聚类 function c=fuz_hc(a,b) %模糊矩阵的合成运算程序 %输入模糊矩阵a,b，输出合成运算结果c m=size(a,1);n=size(b,2);p=size(a,2); %错误排除 if size(a,2)~=size(b,1) disp('输入数据错误！');return; end %合成运算 for i=1:m for j=1:n for k=1:p temp(k)=min(a(i,k),b(k,j)); end c(i,j)=max(temp); end end disp('模糊矩阵a与b作合成运算后结果矩阵c为：'); c % 求模糊等价矩阵 function r_d=mhdj(r) [m,n]=size(r); for i=1:n for j=1:n for k=1:n r1(i,j,k)=min(r(i,k),r(k,j)); end r1max(i,j)=r1(i,j,1); end end for i=1:n for j=1:n for k=1:n

if r1(i,j,k)>r1max(i,j) r1max(i,j)=r1(i,j,k); end end r_d(i,j)=r1max(i,j); end end %模糊聚类程序 function f=mujl(x,lamda) %输入原始数据以及lamda的值 if lamda>1 disp('error!') %错误处理 end [n,m]=size(x); y=pdist(x); disp('欧式距离矩阵：'); dist=squareform(y) %欧氏距离矩阵 dmax=dist(1,1); for i=1:n for j=1:n if dist(i,j)>dmax dmax=dist(i,j); end end end disp('处理后的欧氏距离矩阵，其特点为每项元素均不超过1：'); sdist=dist/dmax %使距离值不超过1 disp('模糊关系矩阵：'); r=ones(n,n)-sdist %计算对应的模糊关系矩阵 t=mhdj(r); le=t-r; while all(all(le==0)==0)==1 %如果t与r相等，则继续求r乘以r r=t; t=mhdj(r); le=t-r;

聚类分析Matlab程序实现

2. Matlab程序 2.1 一次聚类法 X=[11978 12.5 93.5 31908;…;57500 67.6 238.0 15900]; T=clusterdata(X,0.9) 2.2 分步聚类 Step1 寻找变量之间的相似性 用pdist函数计算相似矩阵，有多种方法可以计算距离，进行计算之前最好先将数据用zscore 函数进行标准化。 X2=zscore(X); %标准化数据 Y2=pdist(X2); %计算距离 Step2 定义变量之间的连接 Z2=linkage(Y2); Step3 评价聚类信息 C2=cophenet(Z2,Y2); //0.94698 Step4 创建聚类，并作出谱系图 T=cluster(Z2,6); H=dendrogram(Z2); Matlab提供了两种方法进行聚类分析。 一种是利用 clusterdata函数对样本数据进行一次聚类，其缺点为可供用户选择的面较窄，不能更改距离的计算方法； 另一种是分步聚类：（1）找到数据集合中变量两两之间的相似性和非相似性，用pdist函数计算变量之间的距离；（2）用 linkage函数定义变量之间的连接；（3）用 cophenetic函数评价聚类信息；（4）用cluster函数创建聚类。 1．Matlab中相关函数介绍 1.1 pdist函数 调用格式：Y=pdist(X,’metric’) 说明：用‘metric’指定的方法计算 X 数据矩阵中对象之间的距离。’ X：一个m×n的矩阵，它是由m个对象组成的数据集，每个对象的大小为n。 metric’取值如下： ‘euclidean’：欧氏距离（默认）；‘seuclidean’：标准化欧氏距离； ‘mahalanobis’：马氏距离；‘cityblock’：布洛克距离； ‘minkowski’：明可夫斯基距离；‘cosine’： ‘correlation’：‘hamming’： ‘jaccard’：‘chebychev’：Chebychev距离。 1.2 squareform函数 调用格式：Z=squareform(Y,..) 说明：强制将距离矩阵从上三角形式转化为方阵形式，或从方阵形式转化为上三角形式。 1.3 linkage函数 调用格式：Z=linkage(Y,’method’) 说明：用‘method’参数指定的算法计算系统聚类树。 Y：pdist函数返回的距离向量；

模糊聚类matlab程序

function julei(data) %%%%%%%%%%%%%%%模糊聚类%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DATAFORCLUS=data; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基于模糊等价关系的模糊 聚类%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %----------构造相似关系-----------% numrows=size(DATAFORCLUS,1); numcols=size(DATAFORCLUS,2); disp('请选择对象之间相似性统计量的方式: '); disp('<1-相关系数法|2-夹角余弦法>'); wayforr_ij=input('请输入: '); switch wayforr_ij case 1, %-----------------------------------相关系数法 for i=1:numrows, for j=1:numrows, meani=mean(DATAFORCLUS(i,:));meanj=mean(DATAFORCLUS(j,:)); simiR(i,j)=sum((DATAFORCLUS(i,:)-meani).*(DATAFORCLUS(j,:)-meanj))/... (sqrt(sum((DATAFORCLUS(i,:)-meani).^2))*sqrt(sum((DATAFORCLUS(j,:)-meanj).^2))); end end case 2, %-----------------------------------夹角余弦法 for i=1:numrows, for j=1:numrows, simiR(i,j)=sum(DATAFORCLUS(i,:).*DATAFORCLUS(j,:))/... (sqrt(sum(DATAFORCLUS(i,:).*DATAFORCLUS(i,:)))*sqrt(sum(DATAFORCLUS(j,: ).*DATAFORCLUS(j,:)))); end end end %-------改造成等价关系----------% sign=0; numselfmul=1; simiRk=eye(numrows); equi_tem=simiR; while sign==0, for i=1:numrows, for j=1:numrows, for c=1:numrows, rij_temp(c)=min([equi_tem(i,c) equi_tem(c,j)]); end

模糊聚类分析

目录 1引言: (3) 2 理论准备： (3) 2.1 模糊集合理论 (3) 2.2模糊C均值聚类(FCM) (4) 2.3 加权模糊C均值聚类(WFCM) (4) 3 聚类分析实例 (5) 3.1数据准备 (5) 3.1.1数据表示 (5) 3.1.2数据预处理 (5) 3.1.3 确定聚类个数 (6) 3.2 借助clementine软件进行K-means聚类 (7) 3.2.1 样本在各类中集中程度 (8) 3.2.2 原始数据的分类结果 (8) 3.2.3结果分析 (9) 3.3模糊C均值聚类 (10) 3.3.1 数据集的模糊C划分 (10) 3.3.2 模糊C均值聚类的目标函数求解方法 (10) 3.3.3 MATLAB软件辅助求解参数设置 (11) 3.3.4符号表示 (11)

3.3.5代码实现过程 (11) 3.3.6 FCM聚类分析 (11) 3．4 WFCM算法 (14) 3.4.1 WFCM聚类结果展示 (14) 3.4.2样本归类 (16) 3.4.3归类代码实现 (16) 4．结论 (17) 5 参考文献 (18) 6 附录 (18)

模糊聚类与非模糊聚类比较分析 摘要： 聚类分析是根据样本间的相似度实现对样本的划分，属于无监督分类。传统的聚类分析是研究“非此即彼”的分类问题，分类结果样本属于哪一类很明确，而很多实际的分类问题常伴有模糊性，即它不仅仅是属于一个特定的类，而是“既此又彼”。因此为了探究模糊聚类与非模糊聚类之间聚类结果的差别，本文首先采用系统聚类方法对上市公司132支股票数据进行聚类，确定比较合理的聚类数目为11类，然后分别采用K-means聚类与模糊聚类方法对股票数据进行聚类分析，最终得出模糊聚类在本案例中比K-means聚类更符合实际。 关键字：模糊集合，K-means聚类，FCM聚类，WFCM聚类 1引言: 聚类分析是多元统计分析的方法之一，属于无监督分类，是根据样本集的内在结构，按照样本之间相似度进行划分，使得同类样本之间相似性尽可能大，不同类样本之间差异性尽可能大。传统的聚类分析属于硬化分，研究对象的性质是非此即彼的，然而，现实生活中大多数事物具有亦此亦彼的性质。因此传统的聚类分析方法往往不能很好的解决具有模糊性的聚类问题。为此，模糊集合理论开始被应用到分类领域，并取得不错成果。 本文的研究目的是通过对比传统聚类和模糊聚类的聚类结果，找出二者之间的不同之处，并说明两种聚类分析方法在实例中应用的优缺点。 2理论准备： 2.1 模糊集合理论 模糊集合定义：设Ｕ为论域，则称由如下实值函数μA：Ｕ→ [ 0，1 ]，u →μ ( u )所确定的集合A 为Ｕ上的模糊集合，而称μA为模糊集合A 的隶A 属函数，μ A ( u)称为元素u 对于A 的隶属度。若μA(u) =１，则认为u完全属于A；若μA(u) =０，则认为u完全不属于A，模糊集合是经典集合的推广。

模糊聚类分析报告例子

1. 模糊聚类分析模型 环境区域的污染情况由污染物在4个要素中的含量超标程度来衡量。设这5个环境区域的污染数据为1x =(80, 10, 6, 2), 2x =(50, 1, 6, 4), 3x =(90, 6, 4, 6), 4x =(40, 5, 7, 3), 5x =(10, 1, 2, 4). 试用模糊传递闭包法对X 进行分类。 解 ： 由题设知特性指标矩阵为: * 80106250164906464057310124X ????????=???????? 数据规格化：最大规格化' ij ij j x x M = 其中： 12max(,,...,)j j j nj M x x x = 00.8910.860.330.560.1 0.860.671 0.60.5710.440.510.50.11 0.1 0.290.67X ????????=?? ?????? 构造模糊相似矩阵: 采用最大最小法来构造模糊相似矩阵55()ij R r ?=, 1 0.540.620.630.240.5410.550.700.530.62 0.5510.560.370.630.700.5610.380.240.530.370.381R ?? ??? ???=?? ?????? 利用平方自合成方法求传递闭包t (R ) 依次计算248,,R R R , 由于84R R =，所以4()t R R =

2 10.630.620.630.530.6310.560.700.530.62 0.5610.620.530.630.700.6210.530.530.530.530.531R ?? ??????=?? ??????， 4 10.630.620.630.530.6310.620.700.530.62 0.6210.620.530.630.700.6210.530.53 0.530.530.531R ????????=?? ?????? =8R 选取适当的置信水平值[0,1]λ∈, 按λ截矩阵进行动态聚类。把()t R 中的元素从大到小的顺序编排如下: 1>0.70>0.63>062>053. 依次取λ=1, 0.70, 0.63, 062, 053，得 11 000001000()0 010******* 0001t R ????? ? ??=?? ??????，此时X 被分为5类：{1x }，{2x }，{3x }，{4x }，{5x } 0.7 1000001010()001000101000001t R ?????? ??=?? ??????，此时X 被分为4类：{1x }，{2x ，4x }，{3x }，{5x } 0.63 1101011010()001001101000001t R ?????? ??=?? ??????，此时X 被分为3类：{1x ，2x ，4x }，{3x }，{5x } 0.62 1111011110()11110111100 0001t R ?????? ??=?? ?????? ，此时X 被分为2类：{1x ，2x ，4x ，3x }，{5x }

MATLAB实现FCM 聚类算法

本文在阐述聚类分析方法的基础上重点研究FCM 聚类算法。FCM 算法是一种基于划分的聚类算法，它的思想是使得被划分到同一簇的对象之间相似度最大，而不同簇之间的相似度最小。最后基于MATLAB实现了对图像信息的聚类。 第 1 章概述 聚类分析是数据挖掘的一项重要功能，而聚类算法是目前研究的核心，聚类分析就是使用聚类算法来发现有意义的聚类，即“物以类聚” 。虽然聚类也可起到分类的作用，但和大多数分类或预测不同。大多数分类方法都是演绎的，即人们事先确定某种事物分类的准则或各类别的标准，分类的过程就是比较分类的要素与各类别标准，然后将各要素划归于各类别中。确定事物的分类准则或各类别的标准或多或少带有主观色彩。 为获得基于划分聚类分析的全局最优结果，则需要穷举所有可能的对象划分，为此大多数应用采用的常用启发方法包括：k-均值算法，算法中的每一个聚类均用相应聚类中对象的均值来表示；k-medoid 算法，算法中的每一个聚类均用相应聚类中离聚类中心最近的对象来表示。这些启发聚类方法在分析中小规模数据集以发现圆形或球状聚类时工作得很好，但当分析处理大规模数据集或复杂数据类型时效果较差，需要对其进行扩展。 而模糊C均值(Fuzzy C-means, FCM)聚类方法，属于基于目标函数的模糊聚类算法的范畴。模糊C均值聚类方法是基于目标函数的模糊聚类算法理论中最为完善、应用最为广泛的一种算法。模糊c均值算法最早从硬聚类目标函数的优化中导出的。为了借助目标函数法求解聚类问题，人们利用均方逼近理论构造了带约束的非线性规划函数，以此来求解聚类问题，从此类内平方误差和WGSS(Within-Groups Sum of Squared Error)成为聚类目标函数的普遍形式。随着模糊划分概念的提出，Dunn [10] 首先将其推广到加权WGSS 函数，后来由Bezdek 扩展到加权WGSS 的无限族，形成了FCM 聚类算法的通用聚类准则。从此这类模糊聚类蓬勃发展起来，目前已经形成庞大的体系。 第 2 章聚类分析方法 2-1 聚类分析 聚类分析就是根据对象的相似性将其分群，聚类是一种无监督学习方法，它不需要先验的分类知识就能发现数据下的隐藏结构。它的目标是要对一个给定的数据集进行划分，这种划分应满足以下两个特性：①类内相似性：属于同一类的数据应尽可能相似。②类间相异性：属于不同类的数据应尽可能相异。图2.1是一个简单聚类分析的例子。

FCM聚类算法介绍

FCM 聚类算法介绍 FCM 算法是一种基于划分的聚类算法，它的思想就是使得被划分到同一簇的对象之间相似度最大，而不同簇之间的相似度最小。模糊C 均值算法是普通C 均值算法的改进，普通C 均值算法对于数据的划分是硬性的，而FCM 则是一种柔性的模糊划分。在介绍FCM 具体算法之前我们先介绍一些模糊集合的基本知识。 6.1.1 模糊集基本知识[21] 首先说明隶属度函数的概念。隶属度函数是表示一个对象x 隶属于集合A 的程度的函数，通常记做μA (x)，其自变量范围是所有可能属于集合A 的对象（即集合A 所在空间中的所有点），取值范围是[0,1]，即0<= μA (x)<=1。μA (x)=1表示x 完全隶属于集合A ，相当于传统集合概念上的x ∈A 。一个定义在空间X={x}上的隶属度函数就定义了一个模糊集合A ，或者叫定义在论域X={x}上的模糊子集~ A 。对于有限个对象x 1，x 2，……，x n 模糊集合~ A 可以表示为： }|)),({(~ X x x x A i i i A ∈=μ (6.1) 有了模糊集合的概念，一个元素隶属于模糊集合就不是硬性的了，在聚类的问题中，可以把聚类生成的簇看成模糊集合，因此，每个样本点隶属于簇的隶属度就是[0，1]区间里面的值。 6.1.2 K 均值聚类算法(HCM)介绍 K 均值聚类，即众所周知的C 均值聚类，已经应用到各种领域。它的核心思想如下：算法把n 个向量x j (1,2…,n)分为c 个组G i (i=1,2,…,c)，并求每组的聚类中心，使得非相似性（或距离）指标的价值函数（或目标函数）达到最小。当选择欧几里德距离为组j 中向量x k 与相应聚类中心c i 间的非相似性指标时，价值函数可定义为： ∑∑∑=∈=-== c i Gi x k i k c i k c x Ji J 1 ,2 1 )||||( (6.2) 这里∑∑=∈-=c i Gi x k i k k c x Ji 1 ,2 )||||(是组i 内的价值函数。这样J i 的值依赖于G i 的几何特性和c i 的位置。 一般来说，可用一个通用距离函数d(x k ,c i )代替组I 中的向量x k ，则相应的总价值函数可表示为： ∑∑∑==∈-== c i c i Gi x k i k k c x Ji J 1 1 ,))d(( (6.3) 为简单起见，这里用欧几里德距离作为向量的非相似性指标，且总的价值函数表示为（6.2）式。 划分过的组一般用一个c ×n 的二维隶属矩阵U 来定义。如果第j 个数据点x j 属于组i ，则U 中的元素u ij 为1；否则，该元素取0。一旦确定聚类中心ci ，可导出如下使式（6.2）最小u ij ：

matlab模糊聚类程序

3.数据标准化 （1） 数据矩阵 设论域12345678910,1112U={,,,,,,,,,,}x x x x x x x x x x x x 为被分类的对象，每个 对象又由指标123456789Y={,,,,,,,,}y y y y y y y y y 表示其性状即12345678910,1112x ={,,,,,,,,,,}i i i i i i i i i i i i i x x x x x x x x x x x x (i=1,2,…,12)于是得到原是数据矩阵 7 5 2 5 0 1 3 4 2 12 17 8 21 9 2 38 4 37 83 29 59 65 37 20 54 13 26 53 13 31 36 21 A= 23 12 18 14 178 69 112 78 104 36 94 31 47 23 25 36 11 12 11 24 6 16 101 32 53 52 86 52 41 38 94 28 6 7 8 8 2 0 3 29 169 51 58 72 49 30 48 37 146 327 91 126 92 89 69 79 29 49 93 27 54 64 24 17 23 11 49 18 7 9 5 1 2 18 3 8 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? （2） 数据标准化 将模糊矩阵的每一个数据压缩到[0,1]上，采用平移.极差变换进行数据标准化 1i n 1i n 1i n A(i,k)-{A(i,k)}B(i,k)={A(i,k)}-{A(i,k)} min max min ≤≤≤≤≤≤ (k=1,2,…,m) 运用matlab 编程由函数F_jisjbzh.m 【见附录3.4】的标准化矩阵是 附录3.4 function [X]=F_JISjBzh(cs,X) %模糊聚类分析数据标准化变换 %X 原始数据矩阵；cs=0，不变换；cs=1，标准差变换 %cs=2,极差变换 if(cs==0) return ;end [n,m]=size(X);% 获得矩阵的行列数 if(cs==1) % 平移极差变换 for(k=1:m) xk=0; for(i=1:n) xk=xk+X(i,k);end xk=xk/n;sk=0; for(i=1:n) sk=sk+(X(i,k)-xk)^2;end sk=sqrt(sk/n);

关于模糊c均值聚类算法

FCM模糊c均值 1、原理详解 模糊c-均值聚类算法fuzzy c-means algorithm (FCMA)或称（FCM）。在众多模糊聚类算法中，模糊C-均值（FCM）算法应用最广泛且较成功，它通过优化目标函数得到每个样本点对所有类中心的隶属度，从而决定样本点的类属以达到自动对样本数据进行分类的目的。 聚类的经典例子 然后通过机器学习中提到的相关的距离开始进行相关的聚类操作 经过一定的处理之后可以得到相关的cluster，而cluster之间的元素或者是矩阵之间的距离相对较小，从而可以知晓其相关性质与参数较为接近 C-Means Clustering： 固定数量的集群。 每个群集一个质心。 每个数据点属于最接近质心对应的簇。

1.1关于FCM的流程解说其经典状态下的流程图如下所示

集群是模糊集合。 一个点的隶属度可以是0到1之间的任何数字。 一个点的所有度数之和必须加起来为1。 1.2关于k均值与模糊c均值的区别 k均值聚类：一种硬聚类算法，隶属度只有两个取值0或1，提出的基本根据是“类内误差平方和最小化”准则，进行相关的必要调整优先进行优化看是经典的欧拉距离，同样可以理解成通过对于cluster的类的内部的误差求解误差的平方和来决定是否完成相关的聚类操作；模糊的c均值聚类算法：一种模糊聚类算法，是k均值聚类算法的推广形式，隶属度取值为[0 1]区间内的任何数，提出的基本根据是“类内加权误差平方和最小化”准则； 这两个方法都是迭代求取最终的聚类划分，即聚类中心与隶属度值。两者都不能保证找到问题的最优解，都有可能收敛到局部极值，模糊c均值甚至可能是鞍点。 1.2.1关于kmeans详解 K-means算法是硬聚类算法，是典型的基于原型的目标函数聚类方法的代表，它是数据点到原型的某种距离作为优化的目标函数，利用函数求极值的方法得到迭代运算的调整规则。K-means算法以欧式距离作为相似度测度，它是求对应某一初始聚类中心向量V最优分类，使得评价指标J最小。算法采用误差平方和准则函数作为聚类准则函数。 关于其优点：

模糊数学在聚类分析中的作用(matlab代码)

function [M,N] = Example8_11 X=[1.8 2.1 3.2 2.2 2.5 2.8 1.9 2.0; 95 99 101 103 98 102 120 130; 0.15 0.21 0.18 0.17 0.16 0.20 0.09 0.11]; X=X' %X=[80 10 6 2;50 1 6 4;90 6 4 6;40 5 7 3;10 1 2 4] [M,N]=fuzzy_jlfx(4,5,X); end %% function [M,N]=fuzzy_jlfx(bzh,fa,X)%得到聚类结果 [X]=F_JlSjBzh(bzh,X);%数据标准化 [R]=F_JlR(fa,X);%建立相似矩阵 [A]=fuzzy_cdbb(R);%得到传递闭包矩阵 [Alamd]=fuzzy_lamdjjz(A);%得到lamdf截矩阵从而得到聚类结果[M,N]=F_JlDtjl(R);%动态聚类并画出聚类图 %% function [M,N]=F_JlDtjl(R) %clc; [A]=fuzzy_cdbb(R); U=unique(A); L=length(U); M=1:L; for i=L-1:-1:1 [m,n]=find(A==U(i)); N{i,1}=n; N{i,2}=m; A(m(1),:)=0; mm=unique(m); N{i,3}=mm; len=length(find(m==mm(1))); depth=length(find(m==mm(2))); index1=find(M==mm(1)); MM=[M(1:index1-1),M(index1+depth:L)]; % index2=find(MM==mm(2)); M=M(index1:index1+depth-1); M=[MM(1:index2-1),M,MM(index2:end)]; end M=[1:L;M;ones(1,L)]; h=(max(U)-min(U))/L; figure text(L,1,sprintf('%d',M(2,L))); text(L+1,1-h,sprintf('%d',L)); text(0,1,sprintf('%3.2f',1)); text(0,(1+min(U))/2,sprintf('%3.2f',(1+min(U))/2)); text(0,min(U),sprintf('%3.2f',min(U))); hold on for i=L-1:-1:1 m=N{i,2};

Matlab笔记-模糊聚类分析原理及实现

23. 模糊聚类分析原理及实现 聚类分析，就是用数学方法研究和处理所给定对象，按照事物间的相似性进行区分和分类的过程。 传统的聚类分析是一种硬划分，它把每个待识别的对象严格地划分到某个类中，具有非此即彼的性质，这种分类的类别界限是分明的。 随着模糊理论的建立，人们开始用模糊的方法来处理聚类问题，称为模糊聚类分析。由于模糊聚类得到了样本数与各个类别的不确定性程度，表达了样本类属的中介性，即建立起了样本对于类别的不确定性的描述，能更客观地反映现实世界。 本篇先介绍传统的两种（适合数据量较小情形，及理解模糊聚类原理）：基于择近原则、模糊等价关系的模糊聚类方法。 （一）预备知识 一、模糊等价矩阵 定义1设R=(r ij )n ×n 为模糊矩阵，I 为n 阶单位矩阵，若R 满足 i) 自反性：I ≤R （等价于r ii =1）； ii) 对称性：R T =R; 则称R 为模糊相似矩阵，若再满足 iii) 传递性：R 2 ≤R （等价于1 ()n ik kj ij k r r r =∨∧≤） 则称R 为模糊等价矩阵。

定理1设R 为n 阶模糊相似矩阵，则存在一个最小的自然数k （k

C均值聚类实验报告

C 均值聚类实验报告 一、C 均值聚类的算法原理 聚类分析是指事先不知样本的类别，而利用样本的先验知识来构造分类器（无监督学习） 聚类准则函数 在样本相似性度量的基础上，聚类分析还需要一定的准则函数，才能把真正属于同一类的样本聚合成一个类的子集，而把不同类的样本分离开来。如果聚类准则函数选得好，聚类质量就会高。同时，聚类准则函数还可以用来评价一种聚类结果的质量，如果聚类质量不满足要求，就要重复执行聚类过程，以优化结果。在重复优化中，可以改变相似性度量，也可以选用新的聚类准则。 误差平方和准则（最常用的） 假定有混合样本集 ，采用某种相似性度量 被聚合成c 个分离开的子集 ，每个子集是一个类， 它们分别包 含 个 样本 。 为了衡量聚类的质量，采用误差平方和聚类准则函数 式中 为类中样本的均值： 是c 个子集合的中心，可以用来代表c 个类。 误差平方和 聚类准则函数是样本与集合中心的函数。在样本集X 给定的情况下， 其取值取决于c 个集合“中心”。 它描述n 个试验样本聚合成c 个类时，所产生的总误差平方和 越小越好。 误差平方和准则适用于各类样本比较密集且样本数目悬殊不大的样本分布。 C-均值聚类算法的核心思想是通过迭代把数据对象划分到不同的簇中，以求目标数最小化，从而使生成的簇尽可能地紧凑和独立。 首先，随机选取k 个对象作为初始的k 个簇的质心； 然后，将其余对象根据其与各个簇质心的距离分配到最近的簇；再求新形成的簇的质心。 12{,,...,}n X x x x =X c X X X ,.....,,21c n n n ,......,,21c J ∑∑==-= c j n k j k c j m x J 11 2 ||||j m ∑==j n j j j j x n m 1 1 c j ,....,2,1=j m c J c J

matlab实现Kmeans聚类算法

matlab实现Kmeans聚类算法 1.简介： Kmeans和应用于混合高斯模型的受限EM算法是一致的。高斯混合模型广泛用于数据挖掘、模式识别、机器学习、统计分析。Kmeans 的迭代步骤可以看成E步和M步，E：固定参数类别中心向量重新标记样本，M：固定均值只考虑（估计）了均值，而没有估计类别的方差，所以聚类的结构比较适合于特征协方差相等的类别。 Kmeans在某种程度也可以看成Meanshitf的特殊版本，Meanshift 是所以Meanshift可以用于寻找数据的多个模态（类别），利用的是梯度上升法。在06年的一篇CVPR文章上，证明了Meanshift方法是牛顿拉夫逊算法的变种。Kmeans和EM算法相似是指混合密度的形式已知（参数形式已知）情况下，利用迭代方法，在参数空间中搜索解。而Kmeans和Meanshift相似是指都是一种概率密度梯度估计的方法，不过是Kmean选用的是特殊的核函数（uniform kernel），而与混合概率密度形式是否已知无关，是一种梯度求解方式。 k-means是一种聚类算法，这种算法是依赖于点的邻域来决定哪些点应该分在点，也可以对高维的空间（3维，4维，等等）的点进行聚类，任意高维的空间都可以。 上图中的彩色部分是一些二维空间点。上图中已经把这些点分组了，并使用了不同的颜色对各组进行了标记。这就是聚类算法要做的事情。 这个算法的输入是： 1：点的数据（这里并不一定指的是坐标，其实可以说是向量）

2：K，聚类中心的个数（即要把这一堆数据分成几组） 所以，在处理之前，你先要决定将要把这一堆数据分成几组，即聚成几类。但并不是在所有情况下，你都事先就能知道需要把数据聚成几类的。意味着使用k-means就不能处理这种情况，下文中会有讲解。 把相应的输入数据，传入k-means算法后，当k-means算法运行完后，该算法的输出是： 1：标签（每一个点都有一个标签，因为最终任何一个点，总会被分到某个类，类的id号就是标签） 2：每个类的中心点。 标签，是表示某个点是被分到哪个类了。例如，在上图中，实际上有4中“标签”，每个“标签”使用不同的颜色来表示。所有黄色点我们可以用标签以看出，有3个类离的比较远，有两个类离得比较近，几乎要混合在一起了。 当然，数据集不一定是坐标，假如你要对彩色图像进行聚类，那么你的向量就可以是(b,g,r)，如果使用的是hsv颜色空间，那还可以使用(h,s,v),当然肯定可以有不同的组合例如(b*b,g*r,r*b) ，(h*b,s*g,v*v)等等。 在本文中，初始的类的中心点是随机产生的。如上图的红色点所示，是本文随机产生的初始点。注意观察那两个离得比较近的类，它们几乎要混合在一起，看看算法是如何将它们分开的。 类的初始中心点是随机产生的。算法会不断迭代来矫正这些中心点，并最终得到比较靠5个中心点的距离,选出一个距离最小的(例如该点与第2个中心点的距离是5个距离中最小的),那么该点就归属于该类.上图是点的归类结果示意图. 经过步骤3后,每一个中心center(i)点都有它的”管辖范围”,由于这个中心点不一定是这个管辖范围的真正中心点,所以要重新计算中心点,计算的方法有很多种,最简单的一种是,直接计算该管辖范围内所有点的均值,做为心的中心点new_center(i). 如果重新计算的中心点new_center(i)与原来的中心点center(i)的距离大于一定的阈值（该阈值可以设定），那么认为算法尚未收敛，使用new_center(i)代替center(i)（如图，中心点从红色点

聚类分析matlab程序设计代码

function varargout = lljuleifenxi(varargin) % LLJULEIFENXI MATLAB code for lljuleifenxi.fig % LLJULEIFENXI, by itself, creates a new LLJULEIFENXI or raises the existing % singleton*. % % H = LLJULEIFENXI returns the handle to a new LLJULEIFENXI or the handle to % the existing singleton*. % % LLJULEIFENXI('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in LLJULEIFENXI.M with the given input arguments. % % LLJULEIFENXI('Property','Value',...) creates a new LLJULEIFENXI or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before lljuleifenxi_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to lljuleifenxi_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)". % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help lljuleifenxi % Last Modified by GUIDE v2.5 07-Jan-2015 18:18:25 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @lljuleifenxi_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @lljuleifenxi_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before lljuleifenxi is made visible. function lljuleifenxi_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

FCMClust(模糊c均值聚类算法MATLAB实现)

function [center, U, obj_fcn] = FCMClust(data, cluster_n, options) % FCMClust.m 采用模糊C均值对数据集data聚为cluster_n类 % 用法： % 1. [center,U,obj_fcn] = FCMClust(Data,N_cluster,options); % 2. [center,U,obj_fcn] = FCMClust(Data,N_cluster); % 输入： % data ---- nxm矩阵,表示n个样本,每个样本具有m的维特征值 % N_cluster ---- 标量,表示聚合中心数目,即类别数 % options ---- 4x1矩阵，其中 % options(1): 隶属度矩阵U的指数，>1 (缺省值: 2.0) % options(2): 最大迭代次数(缺省值: 100) % options(3): 隶属度最小变化量,迭代终止条件(缺省值: 1e-5) % options(4): 每次迭代是否输出信息标志(缺省值: 1) % 输出： % center ---- 聚类中心 % U ---- 隶属度矩阵 % obj_fcn ---- 目标函数值 % Example: % data = rand(100,2); % [center,U,obj_fcn] = FCMClust(data,2); % plot(data(:,1), data(:,2),'o'); % hold on; % maxU = max(U); % index1 = find(U(1,:) == maxU); % index2 = find(U(2,:) == maxU); % line(data(index1,1),data(index1,2),'marker','*','color','g'); % line(data(index2,1),data(index2,2),'marker','*','color','r'); % plot([center([1 2],1)],[center([1 2],2)],'*','color','k') % hold off; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% if nargin ~= 2 & nargin ~= 3, %判断输入参数个数只能是2个或3个 error('Too many or too few input arguments!'); end data_n = size(data, 1); % 求出data的第一维(rows)数,即样本个数 in_n = size(data, 2); % 求出data的第二维(columns)数，即特征值长度 % 默认操作参数 default_options = [2; % 隶属度矩阵U的指数 100; % 最大迭代次数 1e-5; % 隶属度最小变化量,迭代终止条件

基本FIS编辑器(MATLAB模糊逻辑工具箱函数)

基本FIS编辑器 函数fuzzy 格式 fuzzy %弹出未定义的基本FIS编辑器 fuzzy(fismat) %使用fuzzy('tipper')，弹出下图FIS编辑器。 编辑器是任意模糊推理系统的高层显示，它允许你调用各种其它的编辑器来对其操作。此界面允许你方便地访问所有其它的编辑器，并以最灵活的方式与模糊系统进行交互。 方框图：窗口上方的方框图显示了输入、输出和它们中间的模糊规则处理器。单击任意一个变量框，使选中的方框成为当前变量，此时它变成红色高亮方框。双击任意一个变量，弹出隶属度函数编辑器，双击模糊规则编辑器，弹出规则编辑器。 图6-19 菜单项：FIS编辑器的菜单棒允许你打开相应的工具，打开并保存系统。 ·File菜单包括： New mamdani FIS … 打开新mamdani型系统； New Sugeno FIS …打开新Sugeno型系统； Open from disk …从磁盘上打开指定的.fis文件系统； Save to disk 保存当前系统到磁盘上的一个.fis文件上； Save to disk as … 重命名方式保存当前系统到磁盘上； Open from workspace … 从工作空间中指定的FIS结构变量装入一个系统； Save to workspace …保存系统到工作空间中当前命名的FIS结构变量中； Save to workspace as …保存系统到工作空间中指定的FIS结构变量中； Close windows 关闭GUI； ·Edit菜单包括： Add input 增加另一个输入到当前系统中； Add output 增加另一个输出到当前系统中； Remove variable 删除一个所选的变量；