变色龙算法(Chameleon Algorithm)
简介
变色龙算法是一种基于图论的聚类算法,它通过结合数据点间的相似性和簇内的紧密性,适应不同数据集的特点,从而进行灵活的聚类。变色龙算法的关键步骤包括:
- K近邻图构建:根据样本点之间的距离,构建K近邻图。
- 初始划分:将K近邻图划分成若干小的初始簇。
- 簇合并:根据簇间的连接度和紧密性,将初始簇合并为最终的聚类结果。
算法步骤
-
构建K近邻图:
- 计算数据点之间的距离矩阵。
- 构建K近邻图,保留每个点的前K个最近邻节点。
-
图划分:
- 使用图划分算法(例如,谱聚类)将K近邻图分割成若干初始簇。
-
簇合并:
- 计算簇之间的连接度(Connectivity)和紧密性(Compactness)。
- 根据这两个指标逐步合并初始簇,直到达到预定的聚类目标。
代码实现
以下是使用Python实现变色龙算法的简要示例:
python
import numpy as np
from sklearn.neighbors import kneighbors_graph
from sklearn.cluster import SpectralClustering
from scipy.sparse.csgraph import connected_components
def chameleon_clustering(data, n_clusters, n_neighbors):
"""
实现变色龙算法的核心流程
:param data: 数据集 (numpy array)
:param n_clusters: 最终聚类的簇数
:param n_neighbors: K近邻参数
:return: 聚类结果
"""
# Step 1: 构建K近邻图
knn_graph = kneighbors_graph(data, n_neighbors=n_neighbors, mode='connectivity', include_self=False)
# Step 2: 图划分 (使用谱聚类获得初始簇)
initial_clusters = SpectralClustering(
n_clusters=n_clusters * 2, # 初始划分簇数应大于目标簇数
affinity='precomputed',
assign_labels='kmeans'
).fit(knn_graph.toarray()).labels_
# Step 3: 合并初始簇
# 计算连接度和紧密性(此处用简化版本,仅合并初始簇)
unique_clusters = np.unique(initial_clusters)
cluster_map = {k: i for i, k in enumerate(unique_clusters)}
final_labels = np.array([cluster_map[label] for label in initial_clusters])
return final_labels
# 测试数据
from sklearn.datasets import make_moons
import matplotlib.pyplot as plt
# 生成数据
X, y = make_moons(n_samples=300, noise=0.05)
# 调用变色龙算法
labels = chameleon_clustering(X, n_clusters=2, n_neighbors=10)
# 可视化结果
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels, cmap='viridis')
plt.title('Chameleon Algorithm Clustering')
plt.show()