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<em>模糊聚类</em>分析方法与聚类分析法有哪些优点

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数学建模中模糊聚类分析法优点:聚类分析模型的优点就是直观,结论形式简明。 缺点:在样本量较大时,要获得聚类结论有一定困难。
  由于相似系数是根据被试的反映来建立反映被试间内在联系的指标,7a64e59b9ee7ad94333 而实践中有时尽管从被试反映所得出的数据中发现他们之间有紧密的关系,但事物之间却无任何内在联系,此时,如果根据距离或相 似系数得出聚类分析的结果,显然是不适当的,但是,聚类分析模型本身却无法识别这类错误。
  模糊聚类分析是根据客观事物间的特征、亲疏程度、相似性,通过建立模糊相似关系对客观事物进行聚类的分析方法。

  模糊划分矩阵有无穷多个,这种模糊划分矩阵的全体称为模糊划分空间。最优分类的标准是样本与聚类中心的距离平方和最小。因为一个样本是按不同的隶属度属于各类的,所以应同时考虑它与每一类的聚类中心的距离。逐步聚类法需要反复迭代计算,计算工作量很大,要在电子计算机上进行。算出最优模糊划分矩阵后,还必须求得相应的常规划分。此时可将得到的聚类中心存在计算机中,将样本重新逐个输入,去与每个聚类中心进行比较,与哪个聚类中心最接近就属于哪一类。
  这种方法要预先知道分类数,如分类数不合理,就重新计算。这就不如运用基于模糊等价关系的系统聚类法,但可以得到聚类中心,即各类模式样本,而这往往正是所要求的。因此可用模糊等价关系所得结果作为初始分类,再通过反复迭代法求得更好的结果。

涉及事物之间的模糊界限时按一定要求对事物进行分类的数学方法。聚类分析是数理统计中的一种多元分析 模糊聚类分析方法,它是用数学方法定量地确定样本的亲疏关系,从而客观地划分类型。事物之间的界限,有些是确切的,有些则是模糊的。例如人群中的面貌相像程度之间的界限是模糊的,天气阴、晴之间的界限也是模糊的。当聚类涉及事物之间的模糊界限时,需运用模糊聚类分析方法。模糊聚类分析广泛应用在气象预报、地质、农业、林业等方面。通常把被聚类的事物称为样本,将被聚类的一组事物称为样本集。模糊聚类分析有两种基本方法:系统聚类法和逐步聚类法。
简单地说,分类(Categorization or Classification)就是按照某种标准给对象贴标签(label),再根据标签来区分归类.
简单地说,聚类是指事先没有“标签”而通过某种成团分析找出事物之间存在聚集性原因的过程.

区别是,分类是事先定义好类别 ,类别数不变 .分类器需要由人工标注的分类训练语料训练得到,属于有指导学习范畴.聚类则没有事先预定的类别,类别数不确定. 聚类不需要人工标注和预先训练分类器,类别在聚类过程中自动生成 .分类适合类别或分类体系已经确定的场合,比如按照国图分类法分类图书;聚类则适合不存在分类体系、类别数不确定的场合,一般作为某些应用的前端,比如多文档文摘、搜索引擎结果后聚类(元搜索)等.
分类的目的是学会一个分类函数或分类模型(也常常称作分类器 ),该模型能把数据库中的数据项映射到给定类别中的某一个类中. 要构造分类器,需要有一个训练样本数据集作为输入.训练集由一组数据库记录或元组构成,每个元组是一个由有关字段(又称属性或特征)值组成的特征向量,此外,训练样本还有一个类别标记.一个具体样本的形式可表示为:(v1,v2,...,vn; c);其中vi表示字段值,c表示类别.分类器的构造方法有统计方法、机器学习方法、神经网络方法等等.
聚类(clustering)是指根据“物以类聚”原理,将本身没有类别的样本聚集成不同的组,这样的一组数据对象的集合叫做簇,并且对每一个这样的簇进行描述的过程.它的目的是使得属于同一个簇的样本之间应该彼此相似,而不同簇的样本应该足够不相似.与分类规则不同,进行聚类前并不知道将要划分成几个组和什么样的组,也不知道根据哪些空间区分规则来定义组.其目的旨在发现空间实体的属性间的函数关系,挖掘的知识用以属性名为变量的数学方程来表示.聚类技术正在蓬勃发展,涉及范围包括数据挖掘、统计学、机器学习、空间数据库技术、生物学以及市场营销等领域,聚类分析已e799bee5baa6e79fa5e98193e59b9ee7ad94336经成为数据挖掘研究领域中一个非常活跃的研究课题.常见的聚类算法包括:K-均值聚类算法、K-中心点聚类算法、CLARANS、 BIRCH、CLIQUE、DBSCAN等.

数据分类中,常用的分类方法有多元统计中的系统聚类法、模糊聚类分析等.在模糊聚类分析中,首先要计算模糊相似矩阵,而不e79fa5e98193e58685e5aeb9336同的模糊相似矩阵会产生不同的分类结果;即使采用相同的模糊相似矩阵,不同的阈值也会产生不同的分类结果.“如何确定这些分类的有效性”便成为模糊聚类的要点。
识别研究中的一个重要问题.文献,把有效性不满意的原因归结于数据集几何结构的不理想.但笔者认为,不同的几何结构是对实际需要的反映,我们不能排除实际需要而追求所谓的“理想几何结构”,不理想的分类不应归因于数据集的几何结构.针对同一模糊相似矩阵,文献建立了确定模糊聚类有效性的方法.用固定的显著性水平,在不同分类的F一统计量和F检验临界值的差中选最大者,即为有效分类.但是,当显著性水平变化时,此方法的结果也会变化.文献引进了一种模糊划分嫡来评价模糊聚类的有效性,并人为规定当两类的嫡大于一数时,此两类可合并,通过逐次合并,最终得到有效分类.此方法人为干预较多,当这个规定数不同时,也会得到不同的结果.另外这两种方法也未比较不同模糊相似矩阵的分类结果. 系统聚类法是基于模糊等价关系的模糊聚类分析法。在经典的聚类分析方法中可用经典等价关系对样本集X进行聚类。设R是 X上的经典等价关系。对X中的两个元素x和y,若xRy或(x,y)∈R,则将x和y并为一类,否则x和y不属于同一类。
相应地,可用X上的模糊等价关系对样本集X进行模糊聚类。设慒是X上的模糊等价关系,是慒 的隶属函数。对于任何α∈【0,1】,定义慒 的α截关系 Sα是X上的经典等价关系。根据Sα得到X 的一种聚类,称为在α水平上的聚类。
应用这种方法,分类的结果与α的取值大小有关。α取值越大,分的类数越多。α小到某一值时,X中的所有样本归并为一类。这种方法的优点在于可按实际需要选取α的值,以便得到恰当的分类。
系统聚类法的步骤如下:
①用数字描述样本的特征。设被聚类的样本集为 X={x1,…,xn}。每个样本均有p种特征,记作xi=(xi1,…,xip);i=1,2,…,n;xip表示描述样本xi的第p个特征的数。  ②规定样本之间的相似系数rij(0≤rij≤1;i,j=1,…,n)。rij描述样本xi与xj之间的差异或相似的程度。rij 越接近于1,表明样本xi与xj之间的差异越小;rij 越接近于0,表明xi与xj之间的差异越大。rij可用主观评定或集体评分的方法规定,也可用公式计算,如采用夹角余弦法、最小最大法、算术平均最小法等。
因为rii=1(xi与自身没有差异),rij=rji(xi与xj之间的差异等同于xj与xi之间的差异),所以由rij(i,j=1,…,n)可得X上的模糊相似关系。
一般,R不具备可传递性,因而R不一定是 X上的模糊等价关系。
③运用合成运算R=R⋅R(或R=R⋅R等)求出最接近相似关系R的模糊等价关系S=R(或R等)。若R已是模糊等价关系,则取S=R。
④选取适当水平α(0≤α≤1),得到X 的一种聚类。 逐步聚类法是一种基于模糊划分的模糊聚类分析法。它是预先确定好待分类的样本应分成几类,然后按最优化原则进行再分类,经多次迭代直到分类比较合理为止。
在分类过程中可认为某个样本以某一隶属度隶属于某一类,又以另一隶属度隶属于另一类。这样,样本就不是明确地属于或不属于某一类。若样本集有 n个样本要分成c类,则它的模糊划分矩阵为此c×n模糊划分矩阵有下列特性:①uij∈【0,1】;i=1,…,c;j=1,…,n。②即每一样本属于各类的隶属度之和为1。③即每一类模糊子集都不是空集。

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