机器学习-----变色龙算法（Chameleon Algorithm）

变色龙算法（Chameleon Algorithm）

简介

变色龙算法是一种基于图论的聚类算法，它通过结合数据点间的相似性和簇内的紧密性，适应不同数据集的特点，从而进行灵活的聚类。变色龙算法的关键步骤包括：

1. K近邻图构建：根据样本点之间的距离，构建K近邻图。
2. 初始划分：将K近邻图划分成若干小的初始簇。
3. 簇合并：根据簇间的连接度和紧密性，将初始簇合并为最终的聚类结果。

算法步骤

1. 构建K近邻图：

   • 计算数据点之间的距离矩阵。
   • 构建K近邻图，保留每个点的前K个最近邻节点。

2. 图划分：

   • 使用图划分算法（例如，谱聚类）将K近邻图分割成若干初始簇。

3. 簇合并：

   • 计算簇之间的连接度（Connectivity）和紧密性（Compactness）。
   • 根据这两个指标逐步合并初始簇，直到达到预定的聚类目标。

代码实现

以下是使用Python实现变色龙算法的简要示例：

import numpy as np
from sklearn.neighbors import kneighbors_graph
from sklearn.cluster import SpectralClustering
from scipy.sparse.csgraph import connected_components

def chameleon_clustering(data, n_clusters, n_neighbors):
    """
    实现变色龙算法的核心流程
    :param data: 数据集 (numpy array)
    :param n_clusters: 最终聚类的簇数
    :param n_neighbors: K近邻参数
    :return: 聚类结果
    """
    # Step 1: 构建K近邻图
    knn_graph = kneighbors_graph(data, n_neighbors=n_neighbors, mode='connectivity', include_self=False)
    
    # Step 2: 图划分 (使用谱聚类获得初始簇)
    initial_clusters = SpectralClustering(
        n_clusters=n_clusters * 2,  # 初始划分簇数应大于目标簇数
        affinity='precomputed',
        assign_labels='kmeans'
    ).fit(knn_graph.toarray()).labels_
    
    # Step 3: 合并初始簇
    # 计算连接度和紧密性（此处用简化版本，仅合并初始簇）
    unique_clusters = np.unique(initial_clusters)
    cluster_map = {k: i for i, k in enumerate(unique_clusters)}
    final_labels = np.array([cluster_map[label] for label in initial_clusters])
    
    return final_labels

# 测试数据
from sklearn.datasets import make_moons
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
X, y = make_moons(n_samples=300, noise=0.05)

# 调用变色龙算法
labels = chameleon_clustering(X, n_clusters=2, n_neighbors=10)

# 可视化结果
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels, cmap='viridis')
plt.title('Chameleon Algorithm Clustering')
plt.show()