Тема 27. Анализ данных

27.01 Стандартные кластеры

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела анализ данных
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#103833

Учёный решил провести кластеризацию некоторого множества звёзд по их расположению на карте звёздного неба. Кластер звёзд – это набор звёзд (точек) на графике, лежащий внутри круга радиусом R  . Каждая звезда обязательно принадлежит только одному из кластеров.

Истинный центр кластера, или центроид, – это одна из звёзд на графике, сумма расстояний от которой до всех остальных звёзд кластера минимальна.

Под расстоянием понимается расстояние Евклида между двумя точками A(x1,y1)  и B(x2,y2)  на плоскости, которое вычисляется по формуле:

d(A, B) = ∘ (x-−-x-)2 +-(y-−-y-)2
            2   1      2   1

В файле A хранятся данные о звёздах трех кластеров, где R = 5  для каждого кластера. В каждой строке записана информация о расположении на карте одной звезды: сначала координата x  , затем координата y  . Значения даны в условных единицах, которые представлены вещественными числами. Известно, что количество звёзд не превышает 3000.

В файле Б хранятся данные о звёздах шести кластеров, где R = 6  для каждого кластера. Известно, что количество звёзд не превышает 10 000. Структура хранения информации о звездах в файле Б аналогична файлу А.

Для каждого файла определите координаты центра каждого кластера, затем вычислите два числа: Px  — среднее арифметическое абсцисс центров кластеров, и Py  – среднее арифметическое ординат центров кластеров.

В ответе запишите четыре числа через пробел: сначала целую часть произведения |Px|⋅100  для файла А и |Py|⋅100  для файла А, далее целую часть произведения |Px|⋅100  для файла Б и |Py|⋅100  для файла Б.

Возможные данные одного из файлов иллюстрированы графиком.

Внимание! График приведён в иллюстративных целях для произвольных значений, не имеющих отношения к заданию. Для выполнения задания используйте данные из прилагаемого файла.

PIC

Вложения к задаче
Показать ответ и решение

Для начала визуально оценим данные в условии кластеры. Для этого откроем предложенные файлы в Excel  , перейдем в раздел «Вставка → Диаграммы → Точечная».

Диаграмма для файла А имеет вид:

PIC

Для решения задачи будем использовать метод dbscan. Определим границы для поиска стартовых точек в программе, так как нам необходимо найти лишь одну точку, которая принадлежит каждому кластеру, то границы обозначим примерные. Для первого кластера: x ∈ [− 10;0],y ∈ [10;20]  . Для второго кластера: x ∈ [0;10],y ∈ [0;10]  . Для третьего кластера: x ∈ [− 15;− 5],y ∈ [− 15;− 5]  .

Код программы для файла А:

from math import *
f = open(’2_A.txt’)
s = f.readline() # Считываем первую строку файла с названиями столбцов
# сохраняем массив данных
st = [list(map(float, i.replace(’,’, ’.’).split())) for i in f]
# подбираем по 1 звезде для каждого кластера меняя параметры
# for i in range(len(st)):
#     if -15 < st[i][0] < -5 and -15 < st[i][1] < 5:
#         print(i)
#         break

a = [[[st[2][0], st[2][1]]], [[st[0][0], st[0][1]]], [[st[1][0], st[1][1]]]]

st.pop(2), st.pop(1), st.pop(0)

# разделяем звезды на кластеры методом dbscan
for k in range(3):
    for j in a[k]:
        for i in range(len(st)):
            if st[i] != ’*’:
                p = [st[i][0], st[i][1]]
                if dist(p, j) < 1:
                    a[k].append(p)
                    st[i] = ’*’

sum_x = sum_y = 0  # Переменные для суммы абсцисс и ординат периферий
for i in a:
    tx = ty = 0  # Координаты текущей периферии кластера
    mn = 100000050000  # Минимальное расстояние
    for j in i:
        x1, y1 = j
        sm = 0  # Суммарное расстояние
        for k in i:
            x2, y2 = k
            sm += ((x2-x1)**2 + (y2-y1)**2)**0.5
        if sm < mn:
            mn = sm
            tx, ty = x1, y1
    sum_x += tx
    sum_y += ty
print(int(abs(sum_x / 3) * 100))
print(int(abs(sum_y / 3) * 100))
                                                                                                  
                                                                                                  

Диаграмма для файла Б имеет вид:

PIC

Для решения задачи будем использовать метод dbscan. Определим границы для поиска стартовых точек в программе, так как нам необходимо найти лишь одну точку, которая принадлежит каждому кластеру, то границы обозначим примерные. Для первого кластера: x ∈ [− 30;− 20],y ∈ [5;15]  . Для второго кластера: x ∈ [− 20;− 10],y ∈ [− 20;− 10]  . Для третьего кластера: x ∈ [− 10;0],y ∈ [− 10;0]  . Для четвертого кластера: x ∈ [0;10],y ∈ [10;20]  . Для пятого кластера: x ∈ [10;20],y ∈ [20;30]  . Для шестого кластера: x ∈ [15;25],y ∈ [− 5;5]  .

Код программы для файла Б:

from math import *
f = open(’2_B.txt’)
s = f.readline() # Считываем первую строку файла с названиями столбцов
# сохраняем массив данных
st = [list(map(float, i.replace(’,’, ’.’).split())) for i in f]
# подбираем по 1 звезде для каждого кластера меняя параметры
# for i in range(len(st)):
#     if 15 < st[i][0] < 25 and -5 < st[i][1] < 5:
#         print(i)
#         break

a = [[[st[0][0], st[0][1]]], [[st[7][0], st[7][1]]], [[st[11][0], st[11][1]]], [[st[18][0], st[18][1]]], [[st[4][0], st[4][1]]], [[st[14][0], st[14][1]]]]

st.pop(18), st.pop(14), st.pop(11), st.pop(7), st.pop(4), st.pop(0)

# разделяем звезды на кластеры методом dbscan
for k in range(6):
    for j in a[k]:
        for i in range(len(st)):
            if st[i] != ’*’:
                p = [st[i][0], st[i][1]]
                if dist(p, j) < 1:
                    a[k].append(p)
                    st[i] = ’*’

sum_x = sum_y = tx = ty = 0  # Переменные для суммы абсцисс и ординат периферий
for i in a:
    # tx = ty = 0  # Координаты текущей периферии кластера
    mn = 100000050000  # Минимальное расстояние
    for j in i:
        x1, y1 = j
        sm = 0  # Суммарное расстояние
        for k in i:
            x2, y2 = k
            sm += ((x2-x1)**2 + (y2-y1)**2)**0.5
        if sm < mn:
            mn = sm
            tx, ty = x1, y1
    sum_x += tx
    sum_y += ty
print(int(abs(sum_x / 6) * 100))
print(int(abs(sum_y / 6) * 100))
                                                                                                  
                                                                                                  

Ответ: 239 204 124 485

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!