1）距离和相似系数
r语言中使用dist(x, method = "euclidean",diag = FALSE, upper = FALSE, p = 2) 来计算距离。其中x是样本矩阵或者数据框。method表示计算哪种距离。method的取值有：
euclidean 欧几里德距离，就是平方再开方。
maximum 切比雪夫距离
manhattan 绝对值距离
canberra Lance 距离
minkowski 明科夫斯基距离，使用时要指定p值
binary 定性变量距离.
定性变量距离： 记m个项目里面的 0:0配对数为m0 ,1:1配对数为m1，不能配对数为m2，距离=m1/(m1+m2)
diag 为TRUE的时候给出对角线上的距离。upper为TURE的时候给出上三角矩阵上的值。
r语言中使用scale(x, center = TRUE, scale = TRUE) 对数据矩阵做中心化和标准化变换。
如只中心化 scale(x,scale=F) ,
r语言中使用sweep(x, MARGIN, STATS, FUN="-", ...) 对矩阵进行运算。MARGIN为1，表示行的方向上进行运算，为2表示列的方向上运算。STATS是运算的参数。FUN为运算函数，默认是减法。下面利用sweep对矩阵x进行极差标准化变换
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>center <-sweep(x, 2, apply(x, 2, mean)) #在列的方向上减去均值。
>R <-apply(x, 2, max) -apply(x,2,min) #算出极差，即列上的最大值-最小值
>x_star <-sweep(center, 2, R, "/") #把减去均值后的矩阵在列的方向上除以极差向量
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>center <-sweep(x, 2, apply(x, 2, min)) #极差正规化变换
>R <-apply(x, 2, max) -apply(x,2,min)
>x_star <-sweep(center, 2, R, "/")
有时候我们不是对样本进行分类，而是对变量进行分类。这时候，我们不计算距离，而是计算变量间的相似系数。常用的有夹角和相关系数。
r语言计算两向量的夹角余弦：
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y <-scale(x, center =F, scale =T)/sqrt(nrow(x)-1)
C <-t(y) %*%y
相关系数用cor函数
2）层次聚类法
层次聚类法。先计算样本之间的距离。每次将距离最近的点合并到同一个类。然后，再计算类与类之间的距离，将距离最近的类合并为一个大类。不停的合并，直到合成了一个类。其中类与类的距离的计算方法有：最短距离法，最长距离法，中间距离法，类平均法等。比如最短距离法，将类与类的距离定义为类与类之间样本的最段距离。。。
r语言中使用hclust(d, method = "complete", members=NULL) 来进行层次聚类。
其中d为距离矩阵。
method表示类的合并方法，有：
single 最短距离法
complete 最长距离法
median 中间距离法
mcquitty 相似法
average 类平均法
centroid 重心法
ward 离差平方和法
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> x <-c(1,2,6,8,11) #试用一下
> dim(x) <-c(5,1)
> d <-dist(x)
> hc1 <-hclust(d,"single")
> plot(hc1)
> plot(hc1,hang=-1,type="tirangle") #hang小于0时，树将从底部画起。
#type = c("rectangle", "triangle"),默认树形图是方形的。另一个是三角形。
#horiz TRUE 表示竖着放，FALSE表示横着放。
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> z <-scan()
1: 1.0000.8460.8050.8590.4730.3980.3010.382
9: 0.8461.0000.8810.8260.3760.3260.2770.277
17: 0.8050.8811.0000.8010.3800.3190.2370.345
25: 0.8590.8260.8011.0000.4360.3290.3270.365
33: 0.4730.3760.3800.4361.0000.7620.7300.629
41: 0.3980.3260.3190.3290.7621.0000.5830.577
49: 0.3010.2770.2370.3270.7300.5831.0000.539
57: 0.3820.4150.3450.3650.6290.5770.5391.000
65:
Read 64items
> names
[1] "shengao""shoubi""shangzhi""xiazhi""tizhong"
[6] "jingwei""xiongwei""xiongkuang"
> r <-matrix(z,nrow=8,dimnames=list(names,names))
> d <-as.dist(1-r)
> hc <-hclust(d)
> plot(hc)
然后可以用rect.hclust(tree, k = NULL, which = NULL, x = NULL, h = NULL,border = 2, cluster = NULL)来确定类的个数。 tree就是求出来的对象。k为分类的个数，h为类间距离的阈值。border是画出来的颜色，用来分类的。
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> plot(hc)
> rect.hclust(hc,k=2)
> rect.hclust(hc,h=0.5)
result=cutree(model,k=3) 该函数可以用来提取每个样本的所属类别
二、动态聚类k-means
层次聚类，在类形成之后就不再改变。而且数据比较大的时候更占内存。
动态聚类，先抽几个点，把周围的点聚集起来。然后算每个类的重心或平均值什么的，以算出来的结果为分类点，不断的重复。直到分类的结果收敛为止。r语言中主要使用kmeans(x, centers, iter.max = 10, nstart = 1, algorithm =c("Hartigan-Wong", "Lloyd","Forgy", "MacQueen"))来进行聚类。centers是初始类的个数或者初始类的中心。iter.max是最大迭代次数。nstart是当centers是数字的时候，随机集合的个数。algorithm是算法，默认是第一个。
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使用knn包进行Kmean聚类分析
将数据集进行备份，将列newiris$Species置为空，将此数据集作为测试数据集
>newiris <- iris
>newiris$Species <- NULL
在数据集newiris上运行Kmean聚类分析， 将聚类结果保存在kc中。在kmean函数中，将需要生成聚类数设置为3
>(kc <- kmeans(newiris, 3))
K-means clustering with 3 clusters of sizes 38, 50, 62: K-means算法产生了3个聚类，大小分别为38,50,62.
Cluster means: 每个聚类中各个列值生成的最终平均值
Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width
1 5.006000 3.428000 1.462000 0.246000
2 5.901613 2.748387 4.393548 1.433871
3 6.850000 3.073684 5.742105 2.071053
Clustering vector: 每行记录所属的聚类（2代表属于第二个聚类，1代表属于第一个聚类，3代表属于第三个聚类）
[1] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
[37] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
[73] 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 3 3 3 3 2 3
[109] 3 3 3 3 3 2 2 3 3 3 3 2 3 2 3 2 3 3 2 2 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 2 3 3 3 2 3
[145] 3 3 2 3 3 2
Within cluster sum of squares by cluster: 每个聚类内部的距离平方和
[1] 15.15100 39.82097 23.87947
(between_SS / total_SS = 88.4 %) 组间的距离平方和占了整体距离平方和的的88.4%，也就是说各个聚类间的距离做到了最大
Available components: 运行kmeans函数返回的对象所包含的各个组成部分
[1] "cluster" "centers" "totss" "withinss"
[5] "tot.withinss" "betweenss" "size"
("cluster"是一个整数向量，用于表示记录所属的聚类
"centers"是一个矩阵，表示每聚类中各个变量的中心点
"totss"表示所生成聚类的总体距离平方和
"withinss"表示各个聚类组内的距离平方和
"tot.withinss"表示聚类组内的距离平方和总量
"betweenss"表示聚类组间的聚类平方和总量
"size"表示每个聚类组中成员的数量)
创建一个连续表,在三个聚类中分别统计各种花出现的次数
>table(iris$Species, kc$cluster)
1 2 3
setosa 0 50 0
versicolor 2 0 48
virginica 36 0 14
根据最后的聚类结果画出散点图，数据为结果集中的列"Sepal.Length"和"Sepal.Width"，颜色为用1，2，3表示的缺省颜色
>plot(newiris[c("Sepal.Length", "Sepal.Width")], col = kc$cluster)
在图上标出每个聚类的中心点
〉points(kc$centers[,c("Sepal.Length", "Sepal.Width")], col = 1:3, pch = 8, cex=2)
三、DBSCAN
动态聚类往往聚出来的类有点圆形或者椭圆形。基于密度扫描的算法能够解决这个问题。思路就是定一个距离半径，定最少有多少个点，然后把可以到达的点都连起来，判定为同类。在r中的实现
dbscan(data, eps, MinPts, scale, method, seeds, showplot, countmode)
其中eps是距离的半径，minpts是最少多少个点。 scale是否标准化（我猜) ,method 有三个值raw,dist,hybird,分别表示，数据是原始数据避免计算距离矩阵，数据就是距离矩阵，数据是原始数据但计算部分距离矩阵。showplot画不画图，0不画，1和2都画。countmode，可以填个向量，用来显示计算进度。用鸢尾花试一试
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> install.packages("fpc", dependencies=T)
> library(fpc)
> newiris <-iris[1:4]
> model <-dbscan(newiris,1.5,5,scale=T,showplot=T,method="raw")# 画出来明显不对 把距离调小了一点
> model <-dbscan(newiris,0.5,5,scale=T,showplot=T,method="raw")
> model #还是不太理想……
dbscan Pts=150MinPts=5eps=0.5
012
border 34518
seed 04053
total 344571
R语言中实现层次聚类模型大家好！在这篇文章中，我将向你展示如何在R中进行层次聚类。
什么是分层聚类？
分层聚类是一种可供选择的方法，它可以自下而上地构建层次结构，并且不需要我们事先指定聚类的数量。
该算法的工作原理如下：
将每个数据点放入其自己的群集中。
确定最近的两个群集并将它们组合成一个群集。
重复上述步骤，直到所有数据点位于一个群集中。
一旦完成，它通常由树状结构表示。
让我们看看分层聚类算法可以做得多好。我们可以使用hclust这个。hclust要求我们以距离矩阵的形式提供数据。我们可以通过使用dist。默认情况下，使用完整的链接方法。
这会生成以下树形图：
从图中我们可以看出，群集总数的最佳选择是3或4：
要做到这一点，我们可以使用所需数量的群集来切断树cutree。
现在，让我们将它与原始物种进行比较。
它看起来像算法成功地将物种setosa的所有花分为簇1，并将virginica分为簇2，但是与花斑杂交有困难。如果你看看显示不同物种的原始图，你可以理解为什么：
让我们看看我们是否可以通过使用不同的连接方法更好。这一次，我们将使用平均连接方法：
这给了我们以下树状图：
我们可以看到，群集数量的两个最佳选择是3或5.让我们用cutree它来将它降到3个群集。
我们可以看到，这一次，该算法在聚类数据方面做得更好，只有6个数据点出错。
我们可以如下绘制它与原始数据进行比较：
这给了我们下面的图表：
内部颜色与外部颜色不匹配的所有点都是不正确聚类的点。
1. 应用统计学与R语言实现学习笔记（十）——聚类分析 )
2. 厦门大学-多元统计分析
3. DBSCAN 密度聚类法
4. 四大聚类算法（KNN、Kmeans、密度聚类、层次聚类）
俗话说，物以类聚，人以群分。聚类在日常生活中，非常常见.
就是将相似的物体，放在一起.
聚类的目的 ——根据已知数据（ 一批观察个体的许多观测指标） ， 按照一定的数学公式计算各观察个体或变量（指标）之间亲疏关系的统计量（距离或相关系数等）。 根据某种准则（ 最短距离法、最长距离法、中间距离法、重心法等），使同一类内的差别较小，而类与类之间的差别较大，最终将观察个体或变量分为若干类。
根据分类的对象可将聚类分析分为：
样品间亲疏程度的测度
研究样品或变量的亲疏程度的数量指标有两种，一种叫相似系数，性质越接近的变量或样品，它们的相似系数越接近于1，而彼此无关的变量或样品它们的相似系数则越接近于0，相似的为一类，不相似的为不同类；另一种叫距离，它是将每一个样品看作p维空间的一个点，并用某种度量测量点与点之间的距离，距离较近的归为一类，距离较远的点属于不同的类。
变量之间的聚类即R型聚类分析，常用相似系数来测度变量之间的亲疏程度。
而样品之间的聚类即Q型聚类分析，则常用距离来测度样品之间的亲疏程度。
距离
假使每个样品有p个变量，则每个样品都可以看成p维空间中的一个点， n个样品就是p维空间中的n个点，则第i样品与第j样品之间的距离可以进行计算。
几种常用方式度量：
欧式距离 L2（Euclidean distance）--- 常用
马氏距离（Mahalanobis distance）---协方差矩阵
Minkowski测度（ Minkowski metric）
Canberra测度（Canberra metric）
有了距离衡量度量，我们可以计算两两的距离，就得到距离矩阵~
比如：下面用dist 计算距离的方法
定义了距离之后，怎样找到"合理"的规则，使相似的/距离小的个体聚成一个族群？
考虑所有的群组组合显然在计算上很难实现，所以一种常用的聚类方法为层次聚类/系统聚类（hierarchical
clustering）
从系统树图中可以看出，我们需要度量族群与族群之间的距离，不同的定义方法决定了不同的聚类结果：
计算族群距离的三种方法的比较：
（可以看到都是小小的族群合并在一起，因为让方差增加最小，倾向与合并小群体）
一般情况，我们得到系统树，需要对树进行切割. 如下图一条条竖线.
层次聚类族群数的选择：
1、建立n个初始族群，每个族群中只有一个个体
2、计算n个族群间的距离矩阵
3、合并距离最小的两个族群
4、计算新族群间的距离矩阵。如果组别数为1，转步骤5；否则转步骤3
5、绘制系统树图
6、选择族群个数
在层次聚类中，一旦个体被分入一个族群，它将不可再被归入另一个族群,故现在介绍一个“非层次”的聚类方法——分割法（Partition）。最常用的分割法是k-均值（k-Means）法
k-均值法试图寻找 个族群 的划分方式，使得划分后的族群内方差和（within-group sum of squares，WGSS）最小.
思路也是将相近的样本,聚在一起，使得组内方差小，组间方差大.
① 选定 个“种子”（Cluster seeds）作为初始族群代表
② 每个个体归入距离其最近的种子所在的族群
③ 归类完成后，将新产生的族群的质心定为新的种子
④ 重复步骤2和3，直到不再需要移动
⑤ 选择不同的k 值，计算WGSS,找到拐点确定最合适的K.
有多种初始种子的选取方法可供选择：
1、在相互间隔超过某指定最小距离的前提下，随机选择k个个体
2、选择数据集前k个相互间隔超过某指定最小距离的个体
3、选择k个相互距离最远的个体
4、选择k个等距网格点（Grid points），这些点可能不是数据集的点
可以想到，左侧的点收敛更快得到全局最优；左侧可能聚类效果一般，或者收敛非常慢，得到局部最优.
我们的目标是使得WGSS足够小，是否应该选取k使得WGSS最小？
我们需要选择一个使得WGSS足够小（但不是最小）的k值.（PS: 族群内方差和最小时候，k=n,此时WGSS为0，此时是过拟合问题~）
当我们分部计算k=1,2,3,4,5... 时候，WGSS值，就可以绘制下面碎石图。及WGSS 随着k 变化过程。k 越大，WGSS越小.
