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K-Means-Clustering

Teile Punkte in k Cluster ein, indem du sie wiederholt dem nächsten Zentroid zuordnest und die Zentroide verschiebst.

Das lernst du

  • Punkte dem nächsten Zentroid zuordnen
  • Zentroide zum Mittelwert des Clusters verschieben
  • Einen Algorithmus wiederholen, bis er sich stabilisiert

Problem

K-Means findet Gruppen in unbeschrifteten Daten. Beginne mit den gegebenen Zentroiden und wiederhole iterations-mal:

  1. Zuordnen: Ordne jeden Punkt dem Cluster seines nächsten Zentroids zu (euklidischer Abstand). Sind zwei Zentroide gleich nah, wähle den mit dem kleineren Index.
  2. Aktualisieren: Verschiebe jeden Zentroid zum Mittelwert der ihm zugeordneten Punkte. Ein Zentroid ohne Punkte bleibt, wo er ist.

Implementiere k_means(points, centroids, iterations).

Eingabe

points: Die Datenpunkte, jeweils eine Liste von Koordinaten.

centroids: Die k Start-Zentroide mit derselben Anzahl an Koordinaten.

iterations: Wie viele Runden aus Zuordnen und Aktualisieren ausgeführt werden.

Ausgabe

Gib die endgültigen Zentroide in ihrer ursprünglichen Reihenfolge zurück.

Einschränkungen

1 ≤ Anzahl der Punkte ≤ 1.000, 1 ≤ k ≤ 20, 1 ≤ Dimensionen ≤ 10

0 ≤ iterations ≤ 100

-1.000 ≤ jede Koordinate ≤ 1.000

Beispiele

Beispiel 1
Eingabe:
points = [
    [1.0, 1.0],
    [1.5, 2.0],
    [8.0, 8.0],
    [9.0, 8.5]
]
centroids = [
    [0.0, 0.0],
    [10.0, 10.0]
]
iterations = 1

Erwartete Ausgabe:
expected = [
    [1.25, 1.5],
    [8.5, 8.25]
]
Eingabe:
std::vector<std::vector<double>> points = {
    {1.0, 1.0},
    {1.5, 2.0},
    {8.0, 8.0},
    {9.0, 8.5}
};
std::vector<std::vector<double>> centroids = {
    {0.0, 0.0},
    {10.0, 10.0}
};
long long iterations = 1;

Erwartete Ausgabe:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {1.25, 1.5},
    {8.5, 8.25}
};
Eingabe:
double[][] points = new double[][] {
    new double[] {1.0, 1.0},
    new double[] {1.5, 2.0},
    new double[] {8.0, 8.0},
    new double[] {9.0, 8.5}
};
double[][] centroids = new double[][] {
    new double[] {0.0, 0.0},
    new double[] {10.0, 10.0}
};
long iterations = 1;

Erwartete Ausgabe:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {1.25, 1.5},
    new double[] {8.5, 8.25}
};

Erläuterung

Die ersten beiden Punkte liegen näher an (0, 0) und die letzten beiden näher an (10, 10). Die neuen Zentroide sind die Mittelwerte: ((1 + 1.5) / 2, (1 + 2) / 2) = (1.25, 1.5) und ((8 + 9) / 2, (8 + 8.5) / 2) = (8.5, 8.25).

Beispiel 2
Eingabe:
points = [
    [0.0],
    [1.0],
    [10.0]
]
centroids = [
    [0.0],
    [100.0]
]
iterations = 2

Erwartete Ausgabe:
expected = [
    [3.666667],
    [100.0]
]
Eingabe:
std::vector<std::vector<double>> points = {
    {0.0},
    {1.0},
    {10.0}
};
std::vector<std::vector<double>> centroids = {
    {0.0},
    {100.0}
};
long long iterations = 2;

Erwartete Ausgabe:
std::vector<std::vector<double>> expected = {
    {3.666667},
    {100.0}
};
Eingabe:
double[][] points = new double[][] {
    new double[] {0.0},
    new double[] {1.0},
    new double[] {10.0}
};
double[][] centroids = new double[][] {
    new double[] {0.0},
    new double[] {100.0}
};
long iterations = 2;

Erwartete Ausgabe:
double[][] expected = new double[][] {
    new double[] {3.666667},
    new double[] {100.0}
};

Erläuterung

Runde 1: (100) ist von jedem Punkt weit entfernt, also kommen alle drei Punkte zu Zentroid 1, der sich zu (0 + 1 + 10) / 3 ≈ 3.666667 verschiebt; Zentroid 2 erhält keine Punkte und bleibt bei 100. Runde 2 ordnet genauso zu, also ist das Ergebnis [[3.666667], [100]].

Referenzen

Diese Aufgabe wurde für CodeUtility angepasst. Beachte die oben genannten Vorgaben und Einschränkungen.

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