Fidelius示例教程

来自典枢
ChenminWang讨论 | 贡献2023年3月24日 (五) 03:22的版本 →‎在 Fidelius 中运行 K-Means
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您可以通过本页面了解如何在 Fidelius 中运行一个示例程序。

基于 Iris 数据集的 K-Means 聚类算法

基于 Iris 数据集的 K-Means 聚类是机器学习中一个非常经典的学习示例,这里我们介绍一下如何在 Fidelius 中实现这个例子。

Iris 鸢尾花数据集

Iris 鸢尾花数据集内包含 3 类鸢尾花,分别为山鸢尾(Iris-setosa)、变色鸢尾(Iris-versicolor)和维吉尼亚鸢尾(Iris-virginica),共 150 条记录,每类各 50 个数据,每条记录都有 4 项特征:花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度。

  • sepallength:萼片长度
  • sepalwidth:萼片宽度
  • petallength:花瓣长度
  • petalwidth:花瓣宽度

以上四个特征的单位都是厘米(cm)


Iris pic.15.png

Iris数据集部分展示如下:

sepal_length sepal_width petal_length petal_width species
0 5.1 3.5 1.4 0.2 Iris-setosa
1 4.9 3.0 1.4 0.2 Iris-setosa
2 4.7 3.2 1.3 0.2 Iris-setosa
3 4.6 3.1 1.5 0.2 Iris-setosa
4 5.0 3.6 1.4 0.2 Iris-setosa
5 5.4 3.9 1.7 0.4 Iris-setosa
6 4.6 3.4 1.4 0.3 Iris-setosa
7 5.0 3.4 1.5 0.2 Iris-setosa
8 4.4 2.9 1.4 0.2 Iris-setosa
9 4.9 3.1 1.5 0.1 Iris-setosa


K-Means 聚类算法

K 均值聚类(K-Means)是最著名的划分聚类算法,简洁和高效使得他成为所有聚类算法中最广泛使用的。其认为两个目标的距离越近,其相似度越大。

算法步骤:

  1. 选择初始化的 k 个样本作为初始聚类中心 a = a1, a2, ... ak;
  2. 针对数据集中每个样本 xi 计算它 k 个聚类中心的距离并将其分到距离最小的聚类中心所对应的类中;
  3. 针对每个类别 aj,重新计算它的聚类中心,即属于该类的所有样本的质心;
  4. 重复上面 2 3 两步操作,直到达到某个中止条件(迭代次数、最小误差变化等)。

K-Means算法通常使⽤肘部法则来选择 K 值。肘部法则考察聚类后全体样本的误差平⽅和 SSE,将 SSE 随 K 值的变化由快速下降转变为缓慢变化的拐点处的 K 值,作为最佳聚类簇数。

肘部法则选择 K 值的依据:随着聚类数 K 的增⼤,样本划分会更加精细,每个簇的聚合程度会逐渐提⾼,那么误差平⽅和 SSE ⾃然会逐渐变⼩。且当 K ⼩于真实聚类数时,K 的增⼤会⼤幅增加每个簇的聚合程度,故 SSE 的下降幅度会很⼤;当 K 达到真实聚类数时,再增加 K 所得到的聚合程度,回报就会迅速变⼩,所以 SSE 的下降幅度会骤减,然后随着K值的继续增⼤⽽趋于平缓。也就是说 SSE 与 K 之间的关系就像⼿肘的形状,这个肘部对应的K值就是数据的真实聚类数。

使⽤K-Means对数据集iris进⾏聚类分析:加载iris数据集,按照4个特征,使⽤肘部法则确定最佳的K值,然后使⽤KMeans类进⾏聚类,最后可视化聚类结果。

Kmeans.png

在 Fidelius 中运行 K-Means

0. 确保Fidelius已经安装完成,可通过源码方式安装,或APT的方式安装,安装教程可参考安装Fidelius

1. 下载示例代码

 $ git clone https://github.com/YeeZTech/YPC-algo-example.git

2. 编译示例代码

 $ cd YPC-algo-example && mkdir -p build && cd build
 $ cmake -DCMAKE_PREFIX_PATH=$YPC_INSTALL_DIR/lib/cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo ..
 $ make -j8

注意: $YPC_INSTALL_DIR 为 Fidelius 的安装路径,例如通过APT的方式安装后,其默认路径为 /opt/ypc

3. 运行示例代码

 $ cd YPC-algo-example/integrate
 $ python3 test_iris.py