模糊c均值聚类 FCM算法的MATLAB代码

sea_star666

1. 模糊c均值聚类 FCM算法的MATLAB代码
   
2. 
   
3. 我做毕业论文时需要模糊C-均值聚类，找了好长时间才找到这个，分享给大家：
   
4. 
   
5. 
   
6. 
   
7. FCM算法的两种迭代形式的MATLAB代码写于下,也许有的同学会用得着:
   
8. m文件1/7:
   
9. function [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter]=fuzzycm(Data,C,plotflag,M,epsm)
   
10. % 模糊 C 均值聚类 FCM: 从随机初始化划分矩阵开始迭代
    
11. % [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter] = fuzzycm(Data,C,plotflag,M,epsm)
    
12. % 输入:
    
13. %     Data: N×S 型矩阵,聚类的原始数据,即一组有限的观测样本集,
    
14. %           Data 的每一行为一个观测样本的特征矢量,S 为特征矢量
    
15. %           的维数,N 为样本点的个数
    
16. %     C:    聚类数,1<C<N
    
17. %     plotflag: 聚类结果 2D/3D 绘图标记,0 表示不绘图,为缺省值        
    
18. %     M:    加权指数,缺省值为 2
    
19. %     epsm: FCM 算法的迭代停止阈值,缺省值为 1.0e-6
    
20. % 输出:
    
21. %     U:    C×N 型矩阵,FCM 的划分矩阵
    
22. %     P:    C×S 型矩阵,FCM 的聚类中心,每一行对应一个聚类原型
    
23. %     Dist: C×N 型矩阵,FCM 各聚类中心到各样本点的距离,聚类中
    
24. %           心 i 到样本点 j 的距离为 Dist(i,j)
    
25. %     Cluster_Res: 聚类结果,共 C 行,每一行对应一类
    
26. %     Obj_Fcn: 目标函数值
    
27. %     iter: FCM 算法迭代次数
    
28. % See also: fuzzydist maxrowf fcmplot
    
29. if nargin<5
    
30.     epsm=1.0e-6;
    
31. end
    
32. if nargin<4
    
33.     M=2;
    
34. end
    
35. if nargin<3
    
36.     plotflag=0;
    
37. end
    
38. [N,S]=size(Data);m=2/(M-1);iter=0;
    
39. Dist(C,N)=0; U(C,N)=0; P(C,S)=0;
    
40. % 随机初始化划分矩阵
    
41. U0 = rand(C,N);
    
42. U0=U0./(ones(C,1)*sum(U0));
    
43. % FCM 的迭代算法
    
44. while true
    
45.     % 迭代计数器
    
46.     iter=iter+1;
    
47.     % 计算或更新聚类中心 P
    
48.     Um=U0.^M;
    
49.     P=Um*Data./(ones(S,1)*sum(Um'))';   
    
50.     % 更新划分矩阵 U
    
51.     for i=1:C
    
52.         for j=1:N
    
53.             Dist(i,j)=fuzzydist(P(i,:),Data(j,:));
    
54.         end
    
55.     end         
    
56.     U=1./(Dist.^m.*(ones(C,1)*sum(Dist.^(-m))));         
    
57.     % 目标函数值: 类内加权平方误差和
    
58.     if nargout>4 | plotflag
    
59.         Obj_Fcn(iter)=sum(sum(Um.*Dist.^2));
    
60.     end
    
61.     % FCM 算法迭代停止条件
    
62.     if norm(U-U0,Inf)<epsm
    
63.         break
    
64.     end
    
65.     U0=U;   
    
66. end
    
67. % 聚类结果
    
68. if nargout > 3
    
69.     res = maxrowf(U);
    
70.     for c = 1:C
    
71.         v = find(res==c);
    
72.         Cluster_Res(c,1:length(v))=v;
    
73.     end
    
74. end
    
75. % 绘图
    
76. if plotflag
    
77.     fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn);
    
78. end
    
79. m文件2/7:
    
80. function [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter]=fuzzycm2(Data,P0,plotflag,M,epsm)
    
81. % 模糊 C 均值聚类 FCM: 从指定初始聚类中心开始迭代
    
82. % [U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter] = fuzzycm2(Data,P0,plotflag,M,epsm)
    
83. % 输入: Data,plotflag,M,epsm: 见 fuzzycm.m
    
84. %       P0: 初始聚类中心
    
85. % 输出: U,P,Dist,Cluster_Res,Obj_Fcn,iter: 见 fuzzycm.m   
    
86. % See also: fuzzycm
    
87. if nargin<5
    
88.     epsm=1.0e-6;
    
89. end
    
90. if nargin<4
    
91.     M=2;
    
92. end
    
93. if nargin<3
    
94.     plotflag=0;
    
95. end
    
96. [N,S] = size(Data); m = 2/(M-1); iter = 0;
    
97. C=size(P0,1);Dist(C,N)=0;U(C,N)=0;P(C,S)=0;
    
98. % FCM 的迭代算法
    
99. while true
    
100.     % 迭代计数器
     
101.     iter=iter+1;
     
102.     % 计算或更新划分矩阵 U
     
103.     for i=1:C
     
104.         for j=1:N
     
105.             Dist(i,j)=fuzzydist(P0(i,:),Data(j,:));
     
106.         end
     
107.     end         
     
108.     U=1./(Dist.^m.*(ones(C,1)*sum(Dist.^(-m))));      
     
109.     % 更新聚类中心 P
     
110.     Um=U.^M;
     
111.     P=Um*Data./(ones(S,1)*sum(Um'))';   
     
112.     % 目标函数值: 类内加权平方误差和
     
113.     if nargout>4 | plotflag
     
114.         Obj_Fcn(iter)=sum(sum(Um.*Dist.^2));
     
115.     end
     
116.     % FCM 算法迭代停止条件
     
117.     if norm(P-P0,Inf)<epsm
     
118.         break
     
119.     end
     
120.     P0=P;
     
121. end
     
122. % 聚类结果
     
123. if nargout > 3
     
124.     res = maxrowf(U);
     
125.     for c = 1:C
     
126.         v = find(res==c);
     
127.         Cluster_Res(c,1:length(v))=v;
     
128.     end
     
129. end
     
130. % 绘图
     
131. if plotflag
     
132.     fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn);
     
133. end
     
134. m文件3/7:
     
135. function fcmplot(Data,U,P,Obj_Fcn)
     
136. % FCM 结果绘图函数
     
137. % See also: fuzzycm maxrowf ellipse
     
138. [C,S] = size(P); res = maxrowf(U);
     
139. str = 'po*x+d^v><.h';
     
140. % 目标函数绘图
     
141. figure(1),plot(Obj_Fcn)
     
142. title('目标函数值变化曲线','fontsize',8)
     
143. % 2D 绘图
     
144. if S==2
     
145.     figure(2),plot(P(:,1),P(:,2),'rs'),hold on
     
146.     for i=1:C
     
147.         v=Data(find(res==i),:);
     
148.         plot(v(:,1),v(:,2),str(rem(i,12)+1))      
     
149.         ellipse(max(v(:,1))-min(v(:,1)), ...
     
150.                 max(v(:,2))-min(v(:,2)), ...
     
151.                 [max(v(:,1))+min(v(:,1)), ...
     
152.                 max(v(:,2))+min(v(:,2))]/2,'r:')   
     
153.     end
     
154.     grid on,title('2D 聚类结果图','fontsize',8),hold off
     
155. end
     
156. % 3D 绘图
     
157. if S>2
     
158.     figure(2),plot3(P(:,1),P(:,2),P(:,3),'rs'),hold on
     
159.     for i=1:C
     
160.         v=Data(find(res==i),:);
     
161.         plot3(v(:,1),v(:,2),v(:,3),str(rem(i,12)+1))      
     
162.         ellipse(max(v(:,1))-min(v(:,1)), ...
     
163.                 max(v(:,2))-min(v(:,2)), ...
     
164.                 [max(v(:,1))+min(v(:,1)), ...
     
165.                 max(v(:,2))+min(v(:,2))]/2, ...
     
166.                 'r:',(max(v(:,3))+min(v(:,3)))/2)   
     
167.     end
     
168.     grid on,title('3D 聚类结果图','fontsize',8),hold off
     
169. end
     
170. m文件4/7:
     
171. function D=fuzzydist(A,B)
     
172. % 模糊聚类分析: 样本间的距离
     
173. % D = fuzzydist(A,B)
     
174. D=norm(A-B);
     
175. m文件5/7:
     
176. function mr=maxrowf(U,c)
     
177. % 求矩阵 U 每列第 c 大元素所在行,c 的缺省值为 1
     
178. % 调用格式: mr = maxrowf(U,c)
     
179. % See also: addr
     
180. if nargin<2
     
181.     c=1;
     
182. end
     
183. N=size(U,2);mr(1,N)=0;
     
184. for j=1:N
     
185.     aj=addr(U(:,j),'descend');
     
186.     mr(j)=aj(c);
     
187. end
     
188. m文件6/7:
     
189. function ellipse(a,b,center,style,c_3d)
     
190. % 绘制一个椭圆
     
191. % 调用: ellipse(a,b,center,style,c_3d)
     
192. % 输入:
     
193. %     a: 椭圆的轴长(平行于 x 轴)
     
194. %     b: 椭圆的轴长(平行于 y 轴)
     
195. %     center: 椭圆的中心 [x0,y0],缺省值为 [0,0]
     
196. %     style: 绘制的线型和颜色,缺省值为实线蓝色
     
197. %     c_3d:   椭圆的中心在 3D 空间中的 z 轴坐标,可缺省
     
198. if nargin<4
     
199.     style='b';
     
200. end
     
201. if nargin<3 | isempty(center)
     
202.     center=[0,0];
     
203. end
     
204. t=1:360;
     
205. x=a/2*cosd(t)+center(1);
     
206. y=b/2*sind(t)+center(2);
     
207. if nargin>4
     
208.     plot3(x,y,ones(1,360)*c_3d,style)
     
209. else
     
210.     plot(x,y,style)
     
211. end
     
212. m文件7/7:
     
213. function f = addr(a,strsort)
     
214. % 返回向量升序或降序排列后各分量在原始向量中的索引
     
215. % 函数调用:f = addr(a,strsort)
     
216. % strsort: 'ascend' or 'descend'
     
217. %          default is 'ascend'
     
218. % -------- example --------
     
219. % addr([ 4 5 1 2 ]) returns ans:
     
220. %       [ 3   4   1   2 ]
     
221. if nargin==1
     
222.     strsort='ascend';
     
223. end
     
224. sa=sort(a); ca=a;
     
225. la=length(a);f(la)=0;
     
226. for i=1:la
     
227.     f(i)=find(ca==sa(i),1);
     
228.     ca(f(i))=NaN;
     
229. end
     
230. if strcmp(strsort,'descend')
     
231.     f=fliplr(f);
     
232. end

复制代码

好学者

楼主费心了，我来顶一个！！！！！！！！！

linmatsas

这才是程序………………

hrf5436

谢谢了  虽然不是很懂

gao0206

请问有FCM工具箱可以实现吗？？？
这个程序好像也有问题啊？？？？？

三剑客555

非常棒，顶。。。。。。。。。。。。。。。

蜜雪儿

谢谢楼主！！！！！！！！！！！！！

827611734

我现在正在做这方面的毕设，但是为什么第一个程序运行不出来啊？请教一下啦！谢谢！

mvmmvmmvm

这才真美妙的是 标准的程序

东少将

顶。可看不懂