大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
k-means算法又称k均值，顾名思义就是通过多次求均值而实现的聚类算法。是一种无监督的机器学习方法，即无需知道所要搜寻的目标，而是直接通过算法来得到数据的共同特征。其具体算法思想如下图所示：
1、首先在图中随机选取3个点
2、然后把距离这三个点最近的其他点归为一类
3、取当前类的所有点的均值，作为中心点
4、更新距离中心点最近的点
5、再次计算被分类点的均值作为新的中心点
6、再次更新距离中心点最近的点
通过不断重复上述步骤直至无法再进行更新为止时聚类完成。
了解了算法思想后，我们接下来进入正题，以下是具体的实现步骤，大致分为四步：
步骤一、对文本进行切词和去除停用词。（jieba）
步骤二、计算文本特征并构建 VSM（向量空间模型）。
步骤三、使用 K-means 算法进行聚类。
步骤四、对新文档进行分类并计算分类成功率
步骤一：对文本进行切词和去除停用词（jieba）
原始数据集如下图所示：（为了方便统计对文件名进行了修改）
数据集规模为200，包含类别为：股票、教育、体育和星座等四种类型（样本数目各为50）的文本。
股票类文本示例：
我们可以注意到文本中有许多空格，符号，数字以及一些语气词等影响聚类的效果，因此我们采用github上的jieba分词对文本进行预处理，同时利用网上下的停用词文档结合正则表达式去除语气词和数字等，去除后的效果如下图所示：
停用词文档示例：
该部分的代码片段如下：
代码语言：javascript复制def buildSW():
'''停用词的过滤'''
typetxt=open('***') #停用词文档地址
texts=['u3000','n',' '] #爬取的文本中未处理的特殊字符
'''停用词库的建立'''
for word in typetxt:
word=word.strip()
texts.append(word)
return texts
def buildWB(texts):
'''语料库的建立'''
for i in range(0,len(all_file)):
filename=all_file[i]
filelabel=filename.split('.')[0]
labels.append(filelabel) #名称列表
file_add='***' filename #数据集地址
doc=open(file_add,encoding='utf-8').read()
data=jieba.cut(doc) #文本分词
data_adj=''
delete_word=[]
for item in data:
if item not in texts: #停用词过滤
# value=re.compile(r'^[0-9] $')#去除数字
value = re.compile(r'^[u4e00-u9fa5]{2,}$')#只匹配中文2字词以上
if value.match(item):
data_adj =item ' '
else:
delete_word.append(item)
corpus.append(data_adj) #语料库建立完成
# print(corpus)
return corpus步骤二、计算文本特征并构建 VSM（向量空间模型）
在此简单介绍一下TF-IDF：
TF-IDF即逆文本频率指数，是一种统计方法，用以评估一个词对于一个语料库中一份文件的重要程度。词的重要性随着在文件中出现的次数正比增加，同时随着它在语料库其他文件中出现的频率反比下降。
也就是说一个词在某一文档中出现次数比较多，其他文档没有出现，说明该词对该文档分类很重要。
然而如果其他文档也出现比较多，说明该词区分性不大，就用IDF来降低该词的权重。
数学算法：
TF-IDF与一个词在文档中的出现次数成正比，与该词在整个语言中的出现次数成反比 TF-IDF = TF (词频) * IDF(逆文档频率) 词频：TF = 词在文档中出现的次数 / 文档中总词数
逆文档频率：IDF = log（语料库中文档总数 / 包含该词的文档数 1 ）
因此这一步我们需要用到sklearn这个库，具体思想是构建一个i行j列的矩阵，其中i代表待聚类的文本数量,j则代表词的数目。
词频分析结果如下图所示：
该部分代码如下：
代码语言：javascript复制def countIdf(corpus):
vectorizer=CountVectorizer()#该类会将文本中的词语转换为词频矩阵，矩阵元素a[i][j] 表示j词在i类文本下的词频
transformer=TfidfTransformer()#该类会统计每个词语的tf-idf权值
tfidf=transformer.fit_transform(vectorizer.fit_transform(corpus))#第一个fit_transform是计算tf-idf，第二个fit_transform是将文本转为词频矩阵
weight=tfidf.toarray()#将tf-idf矩阵抽取出来，元素a[i][j]表示j词在i类文本中的tf-idf权重
return weight步骤三、使用 K-means 算法进行聚类
思想前面已经说过在此不再复述直接上代码：
代码语言：javascript复制def Kmeans(weight,clusters,correct):
mykms=KMeans(n_clusters=clusters)
y=mykms.fit_predict(weight)
result=[]
for i in range(0,clusters):
label_i=[]
gp=0
jy=0
xz=0
ty=0
for j in range(0,len(y)):
if y[j]==i:
label_i.append(labels[j])
type=labels[j][0:2]
if(type=='gp'):
gp =1
elif(type=='jy'):
jy =1
elif(type=='xz'):
xz =1
elif(type=='ty'):
ty =1
max=jy
type='教育'
if(gp>jy):
max=gp
type='股票'
if(max<xz):
max=xz
type='星座'
if(max<ty):
max=ty
type='体育'
correct[0] =max
result.append('类别' '(' type ')' ':' str(label_i))
return result在此需说明一点，由于k-means属于无监督机器学习方法，因此事先只能制定结果聚类的数目（在此为4），而无法为每一类指定具体的类别名，为了便于统计我们在分类完成之后，以该类中最多的一类文本来为此类命名，以此来测量结果的准确性。
步骤四、对新文档进行分类并计算分类成功率
分类的结果如下图所示：
经过多次测试正确率大致在86%左右
以下是完整代码：
代码语言：javascript复制# -*- coding: utf-8 -*-
import os
import re
from os import listdir
import jieba
from sklearn import feature_extraction
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfTransformer
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
from sklearn.cluster import KMeans
all_file=listdir('***') #获取文件夹中所有文件名#数据集地址
outputDir="***" #结果输出地址
labels=[] #用以存储名称
corpus=[] #空语料库
size=200#测试集容量
def buildSW():
'''停用词的过滤'''
typetxt=open('***') #停用词文档地址
texts=['u3000','n',' '] #爬取的文本中未处理的特殊字符
'''停用词库的建立'''
for word in typetxt:
word=word.strip()
texts.append(word)
return texts
def buildWB(texts):
'''语料库的建立'''
for i in range(0,len(all_file)):
filename=all_file[i]
filelabel=filename.split('.')[0]
labels.append(filelabel) #名称列表
file_add='***' filename #数据集地址
doc=open(file_add,encoding='utf-8').read()
data=jieba.cut(doc) #文本分词
data_adj=''
delete_word=[]
for item in data:
if item not in texts: #停用词过滤
# value=re.compile(r'^[0-9] $')#去除数字
value = re.compile(r'^[u4e00-u9fa5]{2,}$')#只匹配中文2字词以上
if value.match(item):
data_adj =item ' '
else:
delete_word.append(item)
corpus.append(data_adj) #语料库建立完成
# print(corpus)
return corpus
def countIdf(corpus):
vectorizer=CountVectorizer()#该类会将文本中的词语转换为词频矩阵，矩阵元素a[i][j] 表示j词在i类文本下的词频
transformer=TfidfTransformer()#该类会统计每个词语的tf-idf权值
tfidf=transformer.fit_transform(vectorizer.fit_transform(corpus))#第一个fit_transform是计算tf-idf，第二个fit_transform是将文本转为词频矩阵
weight=tfidf.toarray()#将tf-idf矩阵抽取出来，元素a[i][j]表示j词在i类文本中的tf-idf权重
# word=vectorizer.get_feature_names()#获取词袋模型中的所有词
# for j in range(len(word)):
# if weight[1][j]!=0:
# print(word[j], weight[1][j])
return weight
def Kmeans(weight,clusters,correct):
mykms=KMeans(n_clusters=clusters)
y=mykms.fit_predict(weight)
result=[]
for i in range(0,clusters):
label_i=[]
gp=0
jy=0
xz=0
ty=0
for j in range(0,len(y)):
if y[j]==i:
label_i.append(labels[j])
type=labels[j][0:2]
if(type=='gp'):
gp =1
elif(type=='jy'):
jy =1
elif(type=='xz'):
xz =1
elif(type=='ty'):
ty =1
max=jy
type='教育'
if(gp>jy):
max=gp
type='股票'
if(max<xz):
max=xz
type='星座'
if(max<ty):
max=ty
type='体育'
correct[0] =max
result.append('类别' '(' type ')' ':' str(label_i))
return result
def output(result,outputDir,clusters):
outputFile='out'
type='.txt'
count=0
while(os.path.exists(outputDir outputFile type)):
count =1
outputFile='out' str(count)
doc = open(outputDir outputFile type, 'w')
for i in range(0,clusters):
print(result[i], file=doc)
print('本次分类总样本数目为:' str(size) ' 其中正确分类数目为:' str(correct[0]) ' 正确率为：' str(correct[0]/size), file=doc)
doc.close()
texts=buildSW()
corpus=buildWB(texts)
weight=countIdf(corpus)
clusters=4
correct=[0]#正确量
result=Kmeans(weight,clusters,correct)
output(result,outputDir,clusters)
print('finish')其他资源：
1、文本数据集下载地址：
链接：https://pan.baidu.com/s/1zR5ymSBZ5wF0KJVpYVSb5g 提取码：5e76
2、jieba分词：https://github.com/fxsjy/jieba
3、sklearn安装：
python命令：
代码语言：javascript复制 pip install -U scikit-learn参考博客：
【1】爱编程真是太好了，聚类k-means算法详解 ，https://blog.csdn.net/u012526436/article/details/79619358 【2】懒骨头707，机器学习之文本分类，https://blog.csdn.net/qq_28626909/article/details/80382029 【3】无语_人生，Python基于Kmeans算法实现文本聚类的简单练习，https://blog.csdn.net/weixin_41276745/article/details/79611259 【4】liuxuejiang158，python scikit-learn计算tf-idf词语权重，https://blog.csdn.net/liuxuejiang158blog/article/details/31360765
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