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🔥内容介绍

一、先搞懂核心：为什么需要 “精确识别聚类数”？

K-means 聚类的核心是将数据划分为 K 个 “相似度高、差异度大” 的簇，但 K 值的选择一直是算法应用的痛点 —— 选小了会导致簇内差异过大，选大了会出现过度聚类（簇间边界模糊），甚至失去实际业务意义。比如分析用户画像时，K=2 可能太笼统，K=20 又会让聚类结果无法落地。

而手肘法（Elbow Method） 是目前最常用、最直观的 K 值确定方法，它通过量化 “聚类效果” 与 “K 值” 的关系，找到兼顾聚类质量和简洁性的最优解，解决了 “凭感觉选 K” 的问题。

二、手肘法的核心原理：用 “误差平方和” 找拐点

1. 关键指标：SSE（误差平方和）

SSE 全称 Sum of Squared Errors，计算公式为：

核心逻辑：SSE 反映了簇内样本的紧凑程度 ——SSE 越小，说明簇内样本越集中，聚类效果越好。

2. 手肘法的核心规律

当我们从 K=1 开始逐步增加聚类数时，SSE 会呈现明显的 “下降 - 平缓” 趋势：

• 当 K 较小时（比如 K=1），所有样本被归为一类，SSE 极大；

• 随着 K 增大，簇被不断拆分，簇内样本越来越集中，SSE 快速下降；

• 当 K 增加到某个临界值后，再增加 K 值，SSE 的下降幅度会突然变小（因为此时已基本拆分出所有天然簇，再拆分就是 “过度细分”）；

• 这个 “下降幅度突变” 的临界点，就是最优 K 值 —— 它在 SSE-K 曲线中像 “手肘” 一样，因此得名 “手肘法”。

三、精确识别步骤：4 步搞定最优 K 值

步骤 1：数据预处理（基础但关键）

K-means 对数据尺度敏感，且受异常值影响较大，预处理必须做：

• 标准化 / 归一化：将所有特征转换到同一尺度（比如 Z-score 标准化），避免某一特征主导距离计算；

• 异常值处理：用箱线图、3σ 原则剔除异常值，或用中位数替换；

• 降维（可选）：若特征维度超过 10 维，建议用 PCA 降维，减少计算量并避免 “维度灾难”。

步骤 2：设定 K 值候选范围

根据数据规模和业务场景设定候选 K 值，比如：

• 小样本数据（条）：K∈[1,10]

• 中样本数据（1000-10000 条）：K∈[1,15]

• 大样本数据（>10000 条）：K∈[1,20]

⚠️ 注意：K 的最大值不宜过大，否则会导致计算量激增，且失去聚类的实际意义。

步骤 3：遍历 K 值，计算对应 SSE

对每个候选 K 值，执行 K-means 聚类并计算 SSE：

1. 对当前 K 值，初始化 K 个质心（随机选择 K 个样本或用 K-means++ 优化初始化）；

1. 迭代分配样本（将每个样本归到距离最近的质心）和更新质心（计算每个簇的样本均值）；

1. 迭代收敛后，计算当前 K 值对应的 SSE；

1. 重复上述步骤，得到所有候选 K 值的 SSE。

步骤 4：绘制 SSE-K 曲线，找 “手肘点”

• 以 K 值为横轴，SSE 为纵轴，绘制折线图；

• 观察曲线趋势：找到 “前半段快速下降，后半段趋于平缓” 的拐点，该拐点对应的 K 值即为最优聚类数。

🌰 示例：若 K=1 时 SSE=1000，K=2 时 SSE=500（下降 50%），K=3 时 SSE=200（下降 60%），K=4 时 SSE=180（下降 10%），K=5 时 SSE=170（下降 5.5%），则 K=3 是手肘点，为最优聚类数。

⛳️ 运行结果

：全年365天实测风力的效果图

第二种：拉丁超立方抽样

📣 部分代码

🔗 参考文献

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2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

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2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

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