模糊c均值聚類(fcm),即眾所周知的模糊isodata,是用隸屬度確定每個資料點屬於某個聚類的程度的一種聚類演算法。2023年,bezdek提出了該演算法,作為早期硬c均值聚類(hcm)方法的一種改進。
fcm把n個向量x
i(i=1,2,…,n)分為c個模糊組,並求每組的聚類中心,使得非相似性指標的價值函式達到最小。fcm與hcm的主要區別在於fcm用模糊劃分,使得每個給定資料點用值在0,1間的隸屬度來確定其屬於各個組的程度。與引入模糊劃分相適應,隸屬矩陣u允許有取值在0,1間的元素。不過,加上歸一化規定,乙個資料集的隸屬度的和總等於1.
fcm的價值函式(或目標函式)就是所有個點隸屬度乘以該點與中心的歐氏距離之和。
在批處理方式執行時,
fcm用下列步驟確定聚類中心
ci和隸屬矩陣
u[1]
: 步驟
1:用值在0,
1間的隨機數初始化隸屬矩陣
u,使其滿足式(
6.9)中的約束條件
步驟2:用式(
6.12
)計算c
個聚類中心ci,
i=1,…,c
。 步驟
3:根據式(
6.10
)計算價值函式。如果它小於某個確定的閥值,或它相對上次價值函式值的改變量小於某個閥值,則演算法停止。
步驟4:用(6.13
)計算新的
u矩陣。返回步驟2。
上述演算法也可以先初始化聚類中心,然後再執行迭代過程。由於不能確保
fcm收斂於乙個最優解。演算法的效能依賴於初始聚類中心。因此,我們要麼用另外的快速演算法確定初始聚類中心,要麼每次用不同的初始聚類中心啟動該演算法,多次執行
fcm。
迭代函式:
6.12
6.13
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