//k-均值聚類算法C語言版


＃i nclude <stdio.h> 
＃i nclude <math.h>
#define TRUE            1
#define FALSE           0 
int N;//數據個數
int K;//集合個數
int * CenterIndex;//初始化質心數組的索引
double * Center;//質心集合
double * CenterCopy;//質心集合副本
double * AllData;//數據集合
double ** Cluster;//簇的集合
int * Top;//集合中元素的個數，也會用作棧處理


//隨機生成k個數x(0<=x<=n-1)作為起始的質心集合
void CreateRandomArray(int n, int k,int * center)
{
    int i=0;
    int j=0;    
    srand( (unsigned)time( NULL ) );
    for( i=0;i<k;++i)//隨機生成k個數
    {
        int a=rand()%n;
        //判重
        for(j=0;j<i;j++)
        {
            if(center[j]==a)//重復
            {
                break;
            }
        }
        if(j>=i)//如果不重復，加入
        {
            center[i]=a;
        }
        else
        {
            i--;
            //如果重復，本次重新隨機生成
        }
    }     
}
 
//返回距離最小的質心的序號
int GetIndex(double value,double * center)
{
    int i=0;
    int index=i;//最小的質心序號
    double min=fabs(value-center[i]);//距質心最小距離
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        if(fabs(value-center[i])<min)//如果比當前距離還小，更新最小的質心序號和距離值
        {
             index=i;
             min=fabs(value-center[i]);
        }
    }
    return index;
}
 
//拷貝質心數組到副本
void CopyCenter()
{
    int i=0;
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        CenterCopy[i]=Center[i];
    }
}
//初始化質心，隨機生成法
void InitCenter()
{
    int i=0;
    CreateRandomArray(N,K,CenterIndex);//產生隨機的K個<N的不同的序列
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        Center[i]=AllData[CenterIndex[i]];//將對應數據賦值給質心數組
    }
    CopyCenter();//拷貝到質心副本    
}
//加入一個數據到一個Cluster[index]集合
void AddToCluster(int index,double value)
{
    Cluster[index][Top[index]++]=value;//這里同進棧操作
} 

//重新計算簇集合
void UpdateCluster()
{    
    int i=0;
    int tindex;
    //將所有的集合清空，即將TOP置0
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        Top[i]=0;
    }
    for(i=0;i<N;i++)
    {
        tindex=GetIndex(AllData[i],Center);//得到與當前數據最小的質心索引
        AddToCluster(tindex,AllData[i]);   //加入到相應的集合中 
    }
}
//重新計算質心集合，對每一簇集合中的元素加總求平均即可
void UpdateCenter()
{
    int i=0;
    int j=0;
    double sum=0;
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        sum=0;    
        //計算簇i的元素和
        for(j=0;j<Top[i];j++)
         {
             sum+=Cluster[i][j];
         }
        if(Top[i]>0)//如果該簇元素不為空
        {
           Center[i]=sum/Top[i];//求其平均值
        }
    }
}
//判斷2數組元素是否相等
int IsEqual(double * center1 ,double * center2)
{
    int i;
    for(i=0;i<K;i++)
    {
         if(fabs(center1[i]!=center2[i]))
         {
             return FALSE;
         }
    }
    return TRUE;
}
//打印聚合結果
void Print()
{
    int i,j;
    printf("-------------------------------------- ");
    for(i=0;i<K;i++)
    {
         printf("第%d組: 質心（%f） ",i,Center[i]);
          for(j=0;j<Top[i];j++)
          {
              printf("%f ",Cluster[i][j]);
          }           
    }     
}
//初始化聚類的各種數據
void InitData()
{
    int i=0;
    int a;
    printf("輸入數據個數： ");     
    scanf("%d",&N);
    printf("輸入簇個數： ");     
    scanf("%d",&K);    
    if(K>N)
    {
        exit(0);
    }
    Center=(double *)malloc(sizeof(double)*K);//為質心集合申請空間
    CenterIndex=(int *)malloc(sizeof(int)*K);//為質心集合索引申請空間
    CenterCopy=(double *)malloc(sizeof(double)*K);//為質心集合副本申請空間
    Top=(int *)malloc(sizeof(int)*K); 
    AllData=(double *)malloc(sizeof(double)*N);//為數據集合申請空間
    Cluster=(double **)malloc(sizeof(double *)*K);//為簇集合申請空間
    //初始化K個簇集合
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        Cluster[i]=(double *)malloc(sizeof(double)*N);
        Top[i]=0;
    }
    printf("輸入%d數據：",N);
    for(i=0;i<N;i++)
    {
        scanf("%d",&(a));
        AllData[i]=a;
    }
    InitCenter();//初始化質心集合      
    UpdateCluster();//初始化K個簇集合
     
}
/*
算法描述：
K均值算法：
    給定類的個數K，將N個對象分到K個類中去，
    使得類內對象之間的相似性最大，而類之間的相似性最小。
*/
main()
{
    int Flag=1;//迭代標志，若為false,則迭代結束
    int i=0;
    InitData();//初始化數據      
    while(Flag)//開始迭代
    {
         UpdateCluster();//更新各個聚類
         UpdateCenter(); //更新質心數組
         if(IsEqual(Center,CenterCopy))//如果本次迭代與前次的質心聚合相等，即已收斂，結束退出
         {
             Flag=0;
         }
         else//否則將質心副本置為本次迭代得到的的質心集合
         {
             CopyCenter();//將質心副本置為本次迭代得到的的質心集合
         }
    }
    Print();//輸出結果
    getchar();
    getchar();
     
}