Участник:ADovganich/Нечеткий алгоритм С средних: различия между версиями
| Строка 22: | Строка 22: | ||
2) Вычислить центры кластеров <math>c_{i} (i = 1,2,...c)</math> используя формулу <math>(1)</math>; | 2) Вычислить центры кластеров <math>c_{i} (i = 1,2,...c)</math> используя формулу <math>(1)</math>; | ||
<math>c_{i} = {{\sum_{k = 1}^{K}{m_{ | <math>c_{i} = {{\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q} * u_{k}} \over {\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q}}}</math>, где <math>m_{ik}</math> — коэффициент принадлежности <math>u_{k}</math> вектора к кластеру <math>c_{i} (1)</math>. | ||
3) Вычислить значение решающей функции по формуле <math>(2)</math>. Если значение ниже некоторого порогового или его улучшение по сравнению с предыдущей итерацией меньше определенной величины, то остановить вычисления; | 3) Вычислить значение решающей функции по формуле <math>(2)</math>. Если значение ниже некоторого порогового или его улучшение по сравнению с предыдущей итерацией меньше определенной величины, то остановить вычисления; | ||
| Строка 28: | Строка 28: | ||
<math> | <math> | ||
\begin{align} | \begin{align} | ||
J(M, c_{1}, c_{2},...c_{c}) = \sum_{i = 1}^{c}{J_{i}} = \sum_{i = 1}^{c}\sum_{k = 1}^{K}{m_{ | J(M, c_{1}, c_{2},...c_{c}) = \sum_{i = 1}^{c}{J_{i}} = \sum_{i = 1}^{c}\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q}d_{ik}^2 (2) | ||
\end{align} | \end{align} | ||
</math> | </math> | ||
| Строка 34: | Строка 34: | ||
4) Иначе вычислить новые значения матрицы М по формуле <math>(3)</math>; | 4) Иначе вычислить новые значения матрицы М по формуле <math>(3)</math>; | ||
<math>m_{ | <math>m_{ik} = {1 \over \sum_{j = 1}^{c}{({{d_{ik}} \over {d_{jk}}})}^{2 \over q-1}}</math> | ||
Версия от 22:02, 14 октября 2016
| Нечеткий алгоритм C средних |
Авторы : Мария Проценко, Андрей Довганич
Свойства и структура алгоритмов
Общее описание алгоритма
Нечеткий алгоритм C-средних (fuzzy C-means) позволяет разбить имеющееся множество векторов (точек) мощностью p на заданное число нечетких множеств. Предназначен для кластеризации больших наборов данных. Основным достоинством алгоритма является нечеткость при определении объекта в кластер. Благодаря этому становится возможным определить объекты, которые находятся на границе, в кластеры. Из основного достоинства следует и главный недостаток - неопределенность с объектами, удаленными от центров всех кластеров. В остальном ему присущи стандартные проблемы подобного класса алгоритмов: вычислительная сложность, необходимость задания количества кластеров[1].
Алгоритм был разработан J.C. Dunn в 1973 г.[2], усовершенствован J.C. Bezdek в 1981 г.[3].
В общем виде алгоритм можно записать следующим образом:
1) Инициализировать матрицу принадлежности M случайными значениями от 0 до 1;
2) Вычислить центры кластеров [math]\displaystyle{ c_{i} (i = 1,2,...c) }[/math] используя формулу [math]\displaystyle{ (1) }[/math];
[math]\displaystyle{ c_{i} = {{\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q} * u_{k}} \over {\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q}}} }[/math], где [math]\displaystyle{ m_{ik} }[/math] — коэффициент принадлежности [math]\displaystyle{ u_{k} }[/math] вектора к кластеру [math]\displaystyle{ c_{i} (1) }[/math].
3) Вычислить значение решающей функции по формуле [math]\displaystyle{ (2) }[/math]. Если значение ниже некоторого порогового или его улучшение по сравнению с предыдущей итерацией меньше определенной величины, то остановить вычисления;
[math]\displaystyle{ \begin{align} J(M, c_{1}, c_{2},...c_{c}) = \sum_{i = 1}^{c}{J_{i}} = \sum_{i = 1}^{c}\sum_{k = 1}^{K}{m_{ik}^q}d_{ik}^2 (2) \end{align} }[/math]
4) Иначе вычислить новые значения матрицы М по формуле [math]\displaystyle{ (3) }[/math];
[math]\displaystyle{ m_{ik} = {1 \over \sum_{j = 1}^{c}{({{d_{ik}} \over {d_{jk}}})}^{2 \over q-1}} }[/math]
5) Перейти к шагу 2
Математическое описание алгоритма
Рассмотрим матрицу [math]\displaystyle{ M = m_{ik} \in[0,1],\; i = 1, ..., c, \; k = 1, ..., K }[/math]. Назовем её матрицей принадлежности. [math]\displaystyle{ m_{i,k} }[/math] - вероятность принадлежности объекта [math]\displaystyle{ k }[/math] к кластеру [math]\displaystyle{ i }[/math]; [math]\displaystyle{ c }[/math] - количество кластеров, [math]\displaystyle{ K }[/math] - количество векторов. При этом элементы матрицы удовлетворяют следующим условиям:
- сумма элементов в каждом столбце равна [math]\displaystyle{ 1 }[/math];
- сумма всех элементов матрицы равно [math]\displaystyle{ K }[/math];
Пусть [math]\displaystyle{ c_{i} (i = 1,2,...c) }[/math] - центры кластеров. Тогда рассмотрим функцию (2), где [math]\displaystyle{ d_{i,k} = \left\Vert{u_{k}-c_{i}}\right\| }[/math]
Вычислительное ядро алгоритма
Макроструктура алгоритма
Схема реализации последовательного алгоритма
Последовательная сложность алгоритма
Информационный граф
Ресурс параллелизма алгоритма
Входные и выходные данные алгоритма
Свойства алгоритма
Программная реализация алгоритма
Особенности реализации последовательного алгоритма
Локальность данных и вычислений
Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма
Масштабируемость алгоритма и его реализации
Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма
Выводы для классов архитектур
Существующие реализации алгоритма
Литература
- ↑ Нейский И.М. Классификация и сравнение методов кластеризации
- ↑ Dunn, J. C. (1973-01-01). "A Fuzzy Relative of the ISODATA Process and Its Use in Detecting Compact Well-Separated Clusters". Journal of Cybernetics. 3 (3): 32–57. doi:10.1080/01969727308546046. ISSN 0022-0280.
- ↑ Bezdek, James C. (1981). Pattern Recognition with Fuzzy Objective Function Algorithms. ISBN 0-306-40671-3.