#include <stdio.h> 
#include <math.h>
#include<stdlib.h>
#define TRUE            1
#define FALSE           0 
int N;//數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)
int K;//集合個(gè)數(shù)
int * CenterIndex;//初始化質(zhì)心數(shù)組的索引
double * Center;//質(zhì)心集合
double * CenterCopy;//質(zhì)心集合副本
double * AllData;//數(shù)據(jù)集合
double ** Cluster;//簇的集合
int * Top;//集合中元素的個(gè)數(shù)，也會(huì)用作棧處理


//隨機(jī)生成k個(gè)數(shù)x(0<=x<=n-1)作為起始的質(zhì)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(jī)生成k個(gè)數(shù)
    {
        int a=rand()%n;
        //判重
        for(j=0;j<i;j++)
        {
            if(center[j]==a)//重復(fù)
            {
                break;
            }
        }
        if(j>=i)//如果不重復(fù)，加入
        {
            center[i]=a;
        }
        else
        {
            i--;
            //如果重復(fù)，本次重新隨機(jī)生成
        }
    }     
}
 
//返回距離最小的質(zhì)心的序號(hào)
int GetIndex(double value,double * center)
{
    int i=0;
    int index=i;//最小的質(zhì)心序號(hào)
    double min=fabs(value-center[i]);//距質(zhì)心最小距離
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        if(fabs(value-center[i])<min)//如果比當(dāng)前距離還小，更新最小的質(zhì)心序號(hào)和距離值
        {
             index=i;
             min=fabs(value-center[i]);
        }
    }
    return index;
}
 
//拷貝質(zhì)心數(shù)組到副本
void CopyCenter()
{
    int i=0;
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        CenterCopy[i]=Center[i];
    }
}
//初始化質(zhì)心，隨機(jī)生成法
void InitCenter()
{
    int i=0;
    CreateRandomArray(N,K,CenterIndex);//產(chǎn)生隨機(jī)的K個(gè)<N的不同的序列
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        Center[i]=AllData[CenterIndex[i]];//將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)賦值給質(zhì)心數(shù)組
    }
    CopyCenter();//拷貝到質(zhì)心副本
}
//加入一個(gè)數(shù)據(jù)到一個(gè)Cluster[index]集合
void AddToCluster(int index,double value)
{
    Cluster[index][Top[index]++]=value;//這里同進(jìn)棧操作
} 

//重新計(jì)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(dāng)前數(shù)據(jù)最小的質(zhì)心索引
        AddToCluster(tindex,AllData[i]);        //加入到相應(yīng)的集合中 
    }
}
//重新計(jì)算質(zhì)心集合，對(duì)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(jì)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(shù)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(jié)果
void Print()
{
    int i,j;
    for(i=0;i<K;i++)
    {
         printf("第%d組: 質(zhì)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(shù)據(jù)
void InitData()
{
    int i=0;
    int a;
    printf("輸入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)： ");     
    scanf("%d",&N);
    printf("輸入簇個(gè)數(shù)： ");     
    scanf("%d",&K);    
    if(K>N)
    {
        exit(0);
    }
    Center=(double *)malloc(sizeof(double)*K);//為質(zhì)心集合申請(qǐng)空間
    CenterIndex=(int *)malloc(sizeof(int)*K);//為質(zhì)心集合索引申請(qǐng)空間
    CenterCopy=(double *)malloc(sizeof(double)*K);//為質(zhì)心集合副本申請(qǐng)空間
    Top=(int *)malloc(sizeof(int)*K); 
    AllData=(double *)malloc(sizeof(double)*N);//為數(shù)據(jù)集合申請(qǐng)空間
    Cluster=(double **)malloc(sizeof(double *)*K);//為簇集合申請(qǐng)空間
    //初始化K個(gè)簇集合
    for(i=0;i<K;i++)
    {
        Cluster[i]=(double *)malloc(sizeof(double)*N);
        Top[i]=0;
    }
    
     
}

void inputdata()
{
int i;
	FILE *f;
    if((f=fopen("data.txt","rb"))==NULL)
	{
	printf("Cannot open file\n");
    exit(1);
	}
    for(i=0;i<N;i++)
	{
    fscanf(f,"%3d",&AllData[i]);	
	}
    if(feof(f))
     printf("file read error!");
    fclose(f);	

    InitCenter();//初始化質(zhì)心集合      
    UpdateCluster();//初始化K個(gè)簇集合
}

/*
算法描述：
K均值算法：
    給定類的個(gè)數(shù)K，將N個(gè)對(duì)象分到K個(gè)類中去，
    使得類內(nèi)對(duì)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(biāo)志，若為false,則迭代結(jié)束
    int i=0;
     InitData();//初始化數(shù)據(jù)    
	 inputdata();
     while(Flag)//開始迭代
     {
         UpdateCluster();//更新各個(gè)聚類
         UpdateCenter();//更新質(zhì)心數(shù)組
         if(IsEqual(Center,CenterCopy))//如果本次迭代與前次的質(zhì)心聚合相等，即已收斂，結(jié)束退出
         {
             Flag=0;
         }
         else//否則將質(zhì)心副本置為本次迭代得到的的質(zhì)心集合
         {
             CopyCenter();//將質(zhì)心副本置為本次迭代得到的的質(zhì)心集合
         }
     }
     Print();//輸出結(jié)果
     getchar();
     getchar();
}