/// <summary>
/// Расчёт новых центров кластеров как среднего арфиметического координат точек, которые им принадлежат
/// </summary>
/// <param name="clusters">кластеры как отображение "координаты точки" -> "координаты центра кластера"</param>
/// <param name="clusterCenters">текущие координаты центров кластеров</param>
/// <returns>Новые координаты центров кластеров</returns>
private static List <List <double> > RecalculateCoordinateOfClusterCenters(Dictionary <List <double>, List <double> > clusters, List <List <double> > clusterCenters)
{
List <List <double> > newClusterCenters = new List <List <double> >();
foreach (List <double> clusterCenter in clusterCenters)
{
// возвращает только те точки, которые принадлежат кластеру с центром в clusterCenter
var map = clusters.Where(point => ListUtils.IsListEqualsToAnother(point.Value, clusterCenter));
List <double> sums = new List <double>();
for (int i = 0; i < clusterCenter.Count; i++)
{
sums.Add(0);
}
foreach (KeyValuePair <List <double>, List <double> > point in map)
{
List <double> pointCoordinates = point.Key;
for (int i = 0; i < pointCoordinates.Count; i++)
{
sums[i] += pointCoordinates[i];
}
}
for (int i = 0; i < sums.Count; i++)
{
sums[i] /= map.Count();
}
newClusterCenters.Add(sums);
}
return(newClusterCenters);
}
/// <summary>
/// Кластеризация K-Means
/// </summary>
/// <param name="plot">Модель графика OxyPlot</param>
/// <param name="label">Label для показа информации о номере итерации</param>
/// <param name="numberOfClusters">Число кластеров</param>
public static void DoClusteringByKMeans(PlotView plot, Label label, int numberOfClusters)
{
if (plot.Model == null)
{
return;
}
//координаты точек
List <List <double> > coordinates = new List <List <double> >();
//заполнении информации о координатах точек
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
List <double> pointCoordinates = new List <double> {
annotation.X, annotation.Y
};
coordinates.Add(pointCoordinates);
}
Random random = new Random();
byte[] bgrColorComponents = new byte[3];
//цвета кластеров, выбираются случайно
Dictionary <List <double>, OxyColor> clusterColors = new Dictionary <List <double>, OxyColor>();
//первоначальная генерация центров кластеров
List <List <double> > clusterCenters = AlgorithmsUtils.MakeInitialSeeds(coordinates, numberOfClusters);
foreach (List <double> clusterCenter in clusterCenters)
{
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
// todo: разобраться со сравнением флоат-пойнт чисел
if (annotation.X == clusterCenter[0] && annotation.Y == clusterCenter[1])
{
random.NextBytes(bgrColorComponents);
//отметим на графике центры кластеров
UIUtils.MarkClusterCenter(annotation, OxyColor.FromRgb(bgrColorComponents[0], bgrColorComponents[1], bgrColorComponents[2]));
clusterColors.Add(clusterCenter, annotation.Fill);
#region DEBUG
#if DEBUG
Console.WriteLine("Inital cluster center x = {0}, y = {1}", annotation.X, annotation.Y);
#endif
#endregion
}
}
}
bool stop = false;
Dictionary <List <double>, List <double> > clusters = null;
int iteration = 0;
//цикл продолжается пока меняются координаты центров кластеров
while (!stop)
{
#region DEBUG
#if DEBUG
Console.WriteLine("Iteration = {0}", iteration);
#endif
#endregion
label.Content = "Iteration " + iteration;
//отображение из координат точки в координаты центра кластера
clusters = MakeClusters(coordinates, clusterCenters);
foreach (KeyValuePair <List <double>, List <double> > pair in clusters)
{
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
// todo: разобраться со сравнением флоат-пойнт чисел
if (annotation.X == pair.Key[0] && annotation.Y == pair.Key[1])
{
//закрашиваем точку цветом кластера
annotation.Fill = clusterColors[pair.Value];
annotation.ToolTip = "Cluster " + ListUtils.GetElementIndex(clusterCenters, pair.Value);
}
}
}
List <List <double> > oldClusterCenters = clusterCenters;
//пересчёт центров кластеров
clusterCenters = RecalculateCoordinateOfClusterCenters(clusters, clusterCenters);
//если координаты центров кластеров не изменились, выходим из цикла
if (ListUtils.IsListEqualsToAnother(clusterCenters, oldClusterCenters))
{
stop = true;
}
//если координаты центров кластеров поменялись изменились, пересчитываем кластеры
else
{
List <OxyColor> colorValues = clusterColors.Values.ToList();
clusterColors.Clear();
for (int i = 0; i < clusterCenters.Count; i++)
{
clusterColors.Add(clusterCenters[i], colorValues[i]);
}
//удаление отображения всех центров кластеров
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
annotation.Shape = MarkerType.Circle;
annotation.Size = 4;
}
//проверка на потенциально не существующие центры кластеров
foreach (List <double> oldClusterCenter in oldClusterCenters)
{
bool isClusterCenterDataPoint = false;
foreach (List <double> coordinate in coordinates)
{
// todo: разобраться со сравнением флоат-пойнт чисел
if (oldClusterCenter[0] == coordinate[0] && oldClusterCenter[1] == coordinate[1])
{
#region DEBUG
#if DEBUG
Console.WriteLine("ex-center x = {0}, y = {1}", oldClusterCenter[0], oldClusterCenter[1]);
#endif
#endregion
isClusterCenterDataPoint = true;
break;
}
}
//если центр кластера не является точкой данных
if (!isClusterCenterDataPoint)
{
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
// todo: разобраться со сравнением флоат-пойнт чисел
if (annotation.X == oldClusterCenter[0] && annotation.Y == oldClusterCenter[1])
{
#region DEBUG
#if DEBUG
Console.WriteLine("remove point with coordinate x = {0}, y = {1}", annotation.X, annotation.Y);
#endif
#endregion
//удаление центра кластера
plot.Model.Annotations.Remove(annotation);
break;
}
}
}
}
//Отмечаем новые кластеры на графике
for (int i = 0; i < clusterCenters.Count; i++)
{
List <double> clusterCenter = clusterCenters[i];
bool isExists = false;
foreach (PointAnnotation annotation in plot.Model.Annotations)
{
// todo: разобраться со сравнением флоат-пойнт чисел
if (annotation.X == clusterCenter[0] && annotation.Y == clusterCenter[1])
{
//если центр кластера с такими координатами существует, помечаем его на графике как центр кластера
UIUtils.MarkClusterCenter(annotation, colorValues[i]);
isExists = true;
break;
}
}
//если центр кластера с такими координатами не существует, создаём на графике новую точку и помечаем её как центр кластера
if (!isExists)
{
PointAnnotation pointAnnotation = new PointAnnotation {
X = clusterCenter[0], Y = clusterCenter[1]
};
UIUtils.MarkClusterCenter(pointAnnotation, colorValues[i]);
plot.Model.Annotations.Add(pointAnnotation);
#region DEBUG
#if DEBUG
Console.WriteLine("add center with coordinate x = {0}, y = {1}", pointAnnotation.X, pointAnnotation.Y);
#endif
#endregion
}
}
}
plot.InvalidatePlot();
//Thread.Sleep(1000);
iteration++;
}
}
/// <summary>
/// Переопределение метода Equals для List 'double'
/// </summary>
/// <param name="x">Первый лист</param>
/// <param name="y">Второй лист</param>
/// <returns></returns>
public bool Equals(List <double> x, List <double> y)
{
return(ListUtils.IsListEqualsToAnother(x, y));
}