จัดกลุ่มข้อมูลด้วย K-Means โดยใช้ Python
Natthaya
Posted on April 17, 2024
หากการจัดกลุ่มให้กับชุดข้อมูลที่มีจำนวนมาก และไม่ได้ผ่านการจัดกลุ่มมาก่อนเลย เป็นเพียงข้อมูลดิบที่จัดเรียงกันอย่างไม่มีหลักการ เป็นการจัดกลุ่มที่ยากและต้องใช้เวลาอย่างมาก หนึ่งในวิธีที่เหมาะสมกับการนำมาใช้คือ การจัดกลุ่มด้วย K-Means
ในบทความนี้จะมาศึกษาการใช้ K-means ด้วย Python และจะทำการรันโค้ดใน Google Colab โดย Dataset ที่เราจะใช้คือ Wine Dataset for Clustering ที่นำมาจาก UC Irvine Machine Learning Repository
ข้อมูลเหล่านี้เป็นผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ทางเคมีของไวน์ที่ปลูกในภูมิภาคเดียวกันในอิตาลี เป็นปริมาณของส่วนประกอบ 13 ชนิดที่พบในไวน์แต่ละประเภท จากสามประเภท
ข้อมูลประกอบด้วย
- Alcohol
- Malic acid
- Ash
- Alcalinity of ash
- Magnesium
- Total phenols
- Flavanoids
- Nonflavanoid phenols
- Proanthocyanins
- Color intensity
- Hue
- OD280/OD315 of diluted wines
- Proline
ขั้นตอนที่ 1 : โหลดชุดข้อมูล และศึกษารายละเอียดของชุดข้อมูล
Import Library ที่จำเป็นต้องใช้
import math
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
import pandas as pd
from sklearn.cluster import KMeans
from kneed import KneeLocator
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.metrics import silhouette_score
import os
for dirname, _, filenames in os.walk('/kaggle/input'):
for filename in filenames:
print(os.path.join(dirname, filename))
โหลดชุดข้อมูลตัวอย่าง
wine_df = pd.read_csv("/kaggle/input/wine-dataset-for-clustering/wine-clustering.csv", )
wine_df
ชุดข้อมูลที่ได้
ขั้นตอนที่ 2 : เริ่มต้นการใช้ K-Means
ทำให้ชุดข้อมูลเป็นมาตรฐาน
sc = StandardScaler()
wine_df_sc = sc.fit_transform(wine_df)
ขั้นตอนที่ 3 : วิเคราะห์หาจำนวนกลุ่มที่เหมาะสมด้วยหลักการ Elbow
WSS = []
for i in range (1,15):
kmeans = KMeans(n_clusters=i, n_init=10)
kmeans.fit(wine_df_sc)
WSS.append(kmeans.inertia_)
kl = KneeLocator(range(1, 15), WSS, curve="convex", direction="decreasing")
optimal_k = kl.elbow
print("Optimal number of clusters: ", optimal_k)
plt.figure(figsize=(10,6))
plt.title("Elbow Analysis", fontsize=18)
sns.lineplot(x=list(range(1,15)), y=WSS, color="blue", marker="o", markersize=16)
plt.xlabel("Number of clusters")
plt.ylabel("WSS")
plt.vlines(optimal_k, plt.ylim()[0], plt.ylim()[1], linestyles='dashed')
plt.show()
จุดของกราฟที่หักมากที่สุดเหมือนข้อศอก จะเป็นจุดที่บ่งบอกจำนวนของกลุ่มที่เหมาะสม จากภาพจะเป็นจำนวน 3 กลุ่ม
ขั้นตอนที่ 4 : ตรวจสอบ และยืนยันจำนวนกลุ่มที่เหมาะสมด้วยหลักการ Silhouette
silhouette = []
for i in range(2,15):
kmeans = KMeans(n_clusters=i, n_init=10)
cluster_labels = kmeans.fit_predict(wine_df_sc)
silhouette.append(silhouette_score(wine_df_sc,cluster_labels))
plt.figure(figsize=(10,6))
plt.title("Silhouette Analysis", fontsize=18)
sns.lineplot(x=list(range(2,15)), y=silhouette, color="green", marker="o", markersize=16)
plt.xlabel("Number of clusters")
plt.ylabel("Silhouette Score")
plt.show()
print("Best Silhouette Clustering is : ", max(silhouette), "with ", silhouette.index(max(silhouette))+2)
จะได้ภาพกราฟ พร้อมกับคำตอบว่าจำนวนกลุ่มที่เหมาะคือ 3
ขั้นตอนที่ 5 : ใช้วิธี K-Means
กำหนดจำนวนกลุ่มที่เหมาะสมเป็น 3 กลุ่มที่ได้วิเคราะห์ไว้ จะได้ข้อมูลที่ถูกแบ่งเป็น 3 กลุ่มเรียบร้อยแล้ว
kmeans = KMeans(n_clusters=3, n_init=10, random_state=51)
kmeans.fit(wine_df_sc)
wine_df['Cluster']=kmeans.labels_
wine_df.groupby('Cluster').describe(percentiles=[])
(เนื่องจากภาพยาวเกินไปจึงตัดเป็น 2 ภาพ)
ขั้นตอนที่ 6 : แสดงผล
แสดงภาพผลลัพธ์
from sklearn.decomposition import PCA
data=wine_df.drop("Cluster",axis=1).values
data_sc=sc.fit_transform(data)
pca=PCA(n_components=2)
principal_components = pca.fit_transform(data_sc)
df_pca = pd.DataFrame(principal_components, columns=['PC1', 'PC2'])
df_pca['Cluster']=wine_df['Cluster']
plt.figure(figsize=(10, 7))
plt.title('Clustering Results using PCA', fontsize=18)
sns.scatterplot(data=df_pca, x='PC1', y='PC2', hue="Cluster", palette="magma", s=100)
plt.grid()
plt.show()
แสดงข้อมูล
cluster_means=wine_df.groupby('Cluster').mean()
cluster_means
(เนื่องจากภาพยาวเกินไปจึงตัดเป็น 2 ภาพ)
สรุปผล
จากการนำข้อมูลปริมาณส่วนประกอบของไวน์ต่าง ๆ มาจัดกลุ่มด้วยวิธี K-means จะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่ม ดังนี้
กลุ่มที่ 0 เป็นกลุ่มไวน์ที่มี Magnesium และ Proline ในปริมาณที่สูง
กลุ่มที่ 1 เป็นกลุ่มไวน์ที่มีค่า Flavanoid และ Hue ต่ำ แต่มี Color Intensity สูง
กลุ่มที่ 2 เป็นกลุ่มไวน์ที่มี Magnesium และ Color Intensity ต่ำ
🎉
Posted on April 17, 2024
Join Our Newsletter. No Spam, Only the good stuff.
Sign up to receive the latest update from our blog.
Related
November 29, 2024