训练自己的ai模型（四）学习笔记与项目实操（什么也不懂，但有数据，怎么搞？无监督学习算法）

绝地灬酷狼 2023-10-11 23:20 13阅读 0赞

很开心有人还在催更，有点小震惊吧。  
（原来真有人在csdn发学习记录啊）  
（原来真有人在csdn看学习记录啊）  
ai模型方向的知识，我也在学习中，可能疑惑不比大家少。  
直接开始！

## 一、为什么要用无监督学习算法 ##

不管你的是什么数据，只要你有数据，你就可以试一试，跑一跑。  
使用**无监督学习算法**。  
无监督学习算法可以从给定的数据中，推断出一些结论或模式，无需事先知道数据的标签或类别。这些算法的目标是**发现数据中的内在结构、相似性、聚类或异常点等特征**。  
（**个人理解就是，可以为了跑而跑**。

无监督学习算法的工作方式是通过分析数据中的统计属性、相似性度量或数据点之间的关系来进行推断。它们试图从数据本身中找到模式和规律，而不依赖于任何外部标签或类别信息。

另外，另一个原因是，**无监督学习算法**通常被认为比监督学习和强化学习算法更简单，（机器学习算法可以分为**监督学习**、**无监督学习**和**强化学习**三个主要类别。）因为它们不需要标签或反馈信号来指导学习过程。无监督学习算法主要关注发现数据中的模式、结构和相似性，而不涉及预测或决策。  
（但难易总是相对的，机器学习算法的复杂性与问题的复杂性和目标密切相关。）

## 二、用无监督学习算法能做什么 ##

这种类型的算法对于\*\*数据探索（寻找数据规律）、特征提取（异同特点）、降维（照片降维等）和异常检测（发现异常数据）\*\*等任务非常有用。通过应用无监督学习算法，你可以获得关于数据集的洞察和理解，从而为进一步的分析、预测或决策提供基础。

## 三、K均值聚类算法 ##

不要被名字吓到，学习无监督学习算法最简单的例子之一是使用**K均值聚类算法**进行数据集的分组。

假设你有一个学校的学生的一些**身高和体重数据**的数据集。你想发现这些数据点是否存在一些天然的分组或聚类，例如高瘦型、中等身材、矮胖型等。

使用K均值聚类算法，你可以按照以下步骤进行操作：

### 1.选择簇的数量： ###

首先，你需要选择你希望将数据分成多少个簇。在这个例子中，你可以选择将数据分成3个簇，以便捕捉到**高瘦型、中等身材和矮胖型**等不同的类型。

### 2.初始化簇中心： ###

随机选择3个数据点作为初始的簇中心。

### 3.分配数据点到最近的簇： ###

对于每个数据点，计算它与每个簇中心的距离，并将其分配到与之距离最近的簇。

### 4.更新簇中心： ###

对于每个簇，计算其内部数据点的平均值，并将该平均值作为新的簇中心。

### 重复步骤3和步骤4： ###

直到簇中心的更新非常小或达到最大迭代次数。

### 结果解释： ###

最终，你将获得每个数据点所属的簇标签。你可以通过可视化或统计分析来解释结果，并观察是否存在**高瘦型、中等身材和矮胖型等**聚类。

### K均值聚类算法python代码示例 ###

import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    from sklearn.cluster import KMeans
    
    # 假设身高和体重数据存储在一个名为data的NumPy数组中
    data = np.array([
        [170, 65],
        [165, 60],
        [180, 80],
        [175, 75],
        [160, 55],
        [155, 50]
    ])
    
    # 创建KMeans对象，并指定要分成的簇的数量k
    k = 3
    kmeans = KMeans(n_clusters=k)
    
    # 使用数据拟合模型
    kmeans.fit(data)
    
    # 获取每个数据点所属的簇标签
    labels = kmeans.labels_
    
    # 获取簇中心的坐标
    centroids = kmeans.cluster_centers_
    
    # 可视化聚类结果
    plt.scatter(data[:, 0], data[:, 1], c=labels)
    plt.scatter(centroids[:, 0], centroids[:, 1], marker='X', color='red')
    plt.xlabel('Height')
    plt.ylabel('Weight')
    plt.title('Clustering Results')
    plt.show()

## 无监督学习算法的其他经典实例 ##

K均值聚类（K-means clustering）：K均值聚类是一种常见的聚类算法，旨在将数据集分成K个不同的簇。该算法通过迭代优化每个簇的中心位置，使得数据点与所属簇的中心点之间的距离最小化。K均值聚类广泛应用于数据挖掘、图像分割和市场分析等领域。

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）：PCA是一种降维算法，用于将高维数据映射到低维空间。它通过线性变换找到数据中的主成分，即解释数据中最大方差的方向。PCA可以用于数据可视化、特征提取和去除冗余特征等任务。

t-分布邻域嵌入（t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding，t-SNE）：t-SNE是一种非线性降维算法，用于将高维数据映射到二维或三维空间。它能够保留数据点之间的相似性，使得原始高维数据的局部结构在低维空间中得到保留。t-SNE在可视化高维数据和聚类分析中具有广泛的应用。

关联规则学习（Association Rule Learning）：关联规则学习用于发现数据集中的频繁项集和关联规则。Apriori算法是其中一种常用的关联规则学习算法，它通过扫描数据集来确定频繁项集，并基于频繁项集构建关联规则。这些规则描述了数据中的项之间的关系，对于市场篮子分析和推荐系统等任务非常有用。