Python贝叶斯高斯混合模型GMM聚类分析数据和混合密度可视化

混合模型是另一种生成模型,它将数据点的分布建模为多个单独分布的组合(”混合”)。

由Kaizong Ye,Liao Bao撰写

客户常见的混合模型类型是高斯混合模型,其中数据生成分布被建模为多个高斯分布的组合。


import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt

下面是通过三个二维高斯分布的一些数据:

python

...... # 绘制数据 plt.plot(X[:, 0], X[:, 1], '.', alpha=0.2)
image.png

让我们使用贝叶斯高斯混合模型对这些数据进行建模。

数据点生成于混合成分的概率由分类分布进行建模,根据权重来决定:

image.png

然后,数据点观测值的似然性由混合成分的分布决定:

image.png

让我们来构建这个模型。 与相关模型一样,这是一个生成模型,而只是拟合数据生成分布 – 因此__call__方法没有输入参数。


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class GaussianMixtureModel(pf.Model): ...... return pf.Mixture(dists, probs=self.theta())

构建上述模型的复杂性与使用“原始”TensorFlow和TensorFlow Probability构建模型的复杂性进行比较。

然后,我们可以实例化该模型并将其拟合到数据中!

......model.fit(X, lr=0.03, epochs=500, batch_size=1024)

要查看混合密度在可能的值范围上的拟合情况,我们可以计算并绘制模型在网格上的概率:


# 在网格上计算每个点的对数似然 Np = 100 # 网格点数量 ...... # 显示拟合的混合密度 plt.imshow(probs, ...... origin='lower')
image.png

图片

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混合密度线与用于拟合模型的数据点非常吻合!


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# 绘制密度和原始数据点 ......plt.contour(xx, xx, probs)
output_12_0.png


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关于作者

Kaizong Ye拓端研究室(TRL)的研究员。Kaizong Ye拓端研究室(TRL)的研究员。在此对他对本文所作的贡献表示诚挚感谢,他在上海财经大学完成了统计学专业的硕士学位,专注人工智能领域。擅长Python.Matlab仿真、视觉处理、神经网络、数据分析。

本文借鉴了作者最近为《R语言数据分析挖掘必知必会 》课堂做的准备。

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