Python实现随机分布式延迟PSO优化算法(RODDPSO)优化DBSCAN膨胀聚类模型项目实战

说明:这是一个机器学习实战项目(附带数据+代码+文档+视频讲解 ),如需数据+代码+文档+视频讲解 可以直接到文章最后关注获取。

1 . 项目背景

随着大数据时代的到来,数据挖掘和机器学习技术在各个领域的应用日益广泛。其中,聚类分析作为一种无监督学习方法,在数据挖掘中占据着重要地位。DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)作为一种基于密度的聚类算法,能够有效发现任意形状的簇,并识别噪声点,因此在实际应用中具有很高的价值。

然而,DBSCAN算法的性能在很大程度上取决于其参数设置,尤其是邻域半径(Eps)和最小点数(MinPts)。不合适的参数设置可能导致聚类结果不理想,甚至无法有效聚类。因此,如何自动优化DBSCAN算法的参数,以提高其聚类性能,成为了一个亟待解决的问题。

近年来,粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法作为一种高效的群体智能优化算法,在函数优化、参数寻优等领域取得了显著成果。PSO算法通过模拟鸟群觅食行为,利用个体间的信息共享和协作机制,实现全局最优解的搜索。然而,传统的PSO算法在求解复杂优化问题时,容易陷入局部最优解,导致优化效果不佳。

为了克服传统PSO算法的局限性,本项目提出了一种随机分布式延迟PSO优化算法(Randomized Delayed Distributed PSO, RODDPSO)。该算法通过引入随机延迟机制和分布式计算思想,增加了粒子的探索能力,降低了陷入局部最优解的风险,从而提高了优化效果。

本项目通过随机分布式延迟PSO优化算法优化DBSCAN聚类模型,进行目标聚类。

2 . 数据获取

本次建模数据来源于网络(本项目撰写人整理而成),数据项统计如下:

|------------|--------------|------------|
| 编号 | 变量名称 | 描述 |
| 1 | x1 | |
| 2 | x2 | |
| 3 | x3 | |
| 4 | x4 | |
| 5 | x5 | |
| 6 | x6 | |
| 7 | y | 标签 |

数据详情如下(部分展示):

3. 数据预处理

3.1 用P andas 工具查看数据

使用Pandas工具的head()方法查看前五行数据:

关键代码:

3.2 数据缺失查看

使用Pandas工具的info()方法查看数据信息:

从上图可以看到,总共有7个变量,数据中无缺失值,共1000条数据。

关键代码:

3. 3数据描述性统计

通过Pandas工具的describe()方法来查看数据的平均值、标准差、最小值、分位数、最大值。

关键代码如下:

4. 探索性数据分析

4.1 绘制散点图

用Matplotlib工具的scatter()方法绘制散点图:

4 . 2 相关性分析

从上图中可以看到,数值越大相关性越强,正值是正相关、负值是负相关。

5. 特征工程

5.1 建立特征数据和标签数据

关键代码如下:

6. 构建 随机分布式延迟PSO 算法 优化 DBSCAN聚类 模型

主要使用随机分布式延迟PSO优化算法优化DBSCAN算法,用于目标聚类。

6. 1 随机分布式延迟 PSO粒子群寻找的最优参数

最优参数:

6. 2 最优参数值构建模型

|------------|--------------|------------------------------|
| 编号 | 模型名称 | 参数 |
| 1 | DBSCAN聚类模型 | eps=best_eps |
| 2 | DBSCAN聚类模型 | min_samples=best_min_samples |

7 . 模型评估

7 .1 评估指标及结果

|--------------|-----------------|-------------|
| 模型名称 | 指标名称 | 指标值 |
| DBSCAN聚类模型 | 聚类的类别数量 | 3 |
| DBSCAN聚类模型 | 有噪声的样本的数量 | 0 |
| DBSCAN聚类模型 | 聚类结果同质性 | 1.000 |
| DBSCAN聚类模型 | 聚类结果完整性 | 1.000 |
| DBSCAN聚类模型 | 同质性和完整性之间的调和平均值 | 1.000 |
| DBSCAN聚类模型 | 调整的兰德系数 | 1.000 |
| DBSCAN聚类模型 | 调整的互信息 | 1.000 |
| DBSCAN聚类模型 | 轮廓系数 | 0.899 |

从上表可以看出,聚类结果同质性、完整性、同质性和完整性之间的调和平均值、兰德系数、互信息均达到1,说明模型的效果是非常好的。

7 .2 聚类

8. 结论与展望

综上所述,本文采用了随机分布式延迟PSO优化算法优化DBSCAN算法的最优参数值来构建聚类模型,最终证明了我们提出的模型效果良好。此模型可用于日常产品的预测。

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