クラスター指示変数の計算

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Keyword: クラスター指示変数, 計算, 多変量解析

概要

本サンプルはクラスター指示変数の計算を行うC言語によるサンプルプログラムです。本サンプルは以下に示されるデータについてクラスター指示変数の計算を行います。

クラスター指示変数計算のデータ　

※本サンプルはnAG Cライブラリに含まれる関数 nag_mv_cluster_indicator() のExampleコードです。本サンプル及び関数の詳細情報は nag_mv_cluster_indicator のマニュアルページをご参照ください。
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入力データ

（本関数の詳細はnag_mv_cluster_indicator のマニュアルページを参照）

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nag_mv_cluster_indicator (g03ejc) Example Program Data
5 3
Nag_Median
Nag_NoMatUp Nag_DistSquared Nag_NoVarScale
 1  5.0 2.0 A
 2  1.0 1.0 B
 3  4.0 3.0 C
 4  1.0 2.0 D
 5  5.0 0.0 E
 0   1   1
1.0 1.0 1.0
2 0.0

１行目はタイトル行で読み飛ばされます。
２行目に観測値の数(n)と変数の数(m)を指定しています。
３行目にクラスタリングの手法(method)を指定しています。"Nag_Median"はメディアン法(Median)を使用することを意味します。
４行目には既存の行列が更新されるかどうかを示すパラメータ(update)、計算される距離の種類(dist)、使用される変数の標準化(scale)を指定しています。この場合、"Nag_NoMatUp"は距離が行列Dに追加される前に行列Dは初期化されることを意味しています。 "Nag_DistSquared" はユークリッド平方距離を意味しています。 "Nag_NoVarScale" はスケールしないことを意味しています。
５～９行目に変数の値(x)とオブジェクト名(name)を指定しています。
１０行目に変数がクラスター指示変数の計算に含まれるどうかを示すフラグ(isx)を指定しています。"1"の場合は計算に含まれます。
１１行目は変数に対するスケーリング(s)を指定しますが、"Nag_Nag_NoVarScale"の場合は各変数に対し 1.0 を指定しています。
１２行目に特定の数のクラスタ－が必要かどうかその数(k)とクラスターが生成される際の距離(dlevel)を指定しています。

出力結果

（本関数の詳細はnag_mv_cluster_indicator のマニュアルページを参照）

この出力例をダウンロード

nag_mv_cluster_indicator (g03ejc) Example Program Results


Distance   Clusters Joined

     1.000       B  D
     2.000       A  C
     6.500       A  E
    14.125       A  B

Dendrogram 

    14.125            -------  
                      I     I  
                      I     I  
    12.006            I     I  
                      I     I  
                      I     I  
     9.887            I     I  
                      I     I  
                      I     I  
     7.769            I     I  
                   ---*     I  
                   I  I     I  
     5.650         I  I     I  
                   I  I     I  
                   I  I     I  
     3.531         I  I     I  
                   I  I     I  
                ---*  I     I  
     1.412      I  I  I  ---*  
                I  I  I  I  I  

                A  C  E  B  D

Allocation to  2 clusters

Object  Cluster

     A     1     
     B     2     
     C     1     
     D     2     
     E     1

４～９行目に距離と結合されたクラスターが出力されています。
１１～３４行目にデンドログラム（樹状図）が出力されています。
３６行目に２つのクラスターに割り当てられたことが出力されています。
３８～４４行目にオブジェクトがどのクラスターに属するかが出力されています。

ソースコード

（本関数の詳細はnag_mv_cluster_indicator のマニュアルページを参照）

※本サンプルソースコードはnAG数値計算ライブラリ（Windows, Linux, MAC等に対応）の関数を呼び出します。
サンプルのコンパイル及び実行方法

このソースコードをダウンロード

/* nag_mv_cluster_indicator (g03ejc) Example Program.
 *
 * CLL6I261D/CLL6I261DL Version.
 *
 * Copyright 2017 Numerical Algorithms Group.
 *
 * Mark 26.1, 2017.
 *
 */

#include <nag.h>
#include <stdio.h>
#include <nag_stdlib.h>
#include <nagg03.h>

#define X(I, J) x[(I) *tdx + J]
int main(void)
{
  Integer exit_status = 0, i, *ic = 0, *ilc = 0, *iord = 0, *isx = 0;
  Integer *iuc = 0;
  Integer j, k, m, n, nsym, tdx;
  NagError fail;
  Nag_ClusterMethod method;
  Nag_DistanceType dist;
  Nag_MatUpdate update;
  Nag_VarScaleType scale;
  char nag_enum_arg[40];
  char **c = 0, name[40][3];
  double *cd = 0, *d = 0, dlevel, dmin_, *dord = 0, dstep, *s = 0;
  double *x = 0, ydist;

  INIT_FAIL(fail);

  printf("nag_mv_cluster_indicator (g03ejc) Example Program Results\n\n");

  /* Skip heading in data file */
  scanf("%*[^\n]");

  scanf("%ld", &n);
  scanf("%ld", &m);
  if (n >= 2 && m >= 1) {
    if (!(cd = nAG_ALLOC(n - 1, double)) ||
        !(d = nAG_ALLOC(n * (n - 1) / 2, double)) ||
        !(dord = nAG_ALLOC(n, double)) ||
        !(s = nAG_ALLOC(m, double)) ||
        !(x = nAG_ALLOC((n) * (m), double)) ||
        !(ic = nAG_ALLOC(n, Integer)) ||
        !(ilc = nAG_ALLOC(n - 1, Integer)) ||
        !(iord = nAG_ALLOC(n, Integer)) ||
        !(isx = nAG_ALLOC(m, Integer)) || !(iuc = nAG_ALLOC(n - 1, Integer)))
    {
      printf("Allocation failure\n");
      exit_status = -1;
      goto END;
    }
    tdx = m;
  }
  else {
    printf("Invalid n or m.\n");
    exit_status = 1;
    return exit_status;
  }
  scanf("%39s%*[^\n] ", nag_enum_arg);
  /* nag_enum_name_to_value (x04nac).
   * Converts nAG enum member name to value
   */
  method = (Nag_ClusterMethod) nag_enum_name_to_value(nag_enum_arg);
  scanf("%39s", nag_enum_arg);
  update = (Nag_MatUpdate) nag_enum_name_to_value(nag_enum_arg);
  scanf("%39s", nag_enum_arg);
  dist = (Nag_DistanceType) nag_enum_name_to_value(nag_enum_arg);
  scanf("%39s%*[^\n] ", nag_enum_arg);
  scale = (Nag_VarScaleType) nag_enum_name_to_value(nag_enum_arg);

  for (j = 0; j < n; ++j) {
    for (i = 0; i < m; ++i)
      scanf("%lf", &X(j, i));
    scanf("%2s", name[j]);
  }
  for (i = 0; i < m; ++i)
    scanf("%ld", &isx[i]);
  for (i = 0; i < m; ++i)
    scanf("%lf", &s[i]);

  scanf("%ld", &k);
  scanf("%lf", &dlevel);

  /* Compute the distance matrix */
  /* nag_mv_distance_mat (g03eac).
   * Compute distance (dissimilarity) matrix
   */
  nag_mv_distance_mat(update, dist, scale, n, m, x, tdx, isx, s, d, &fail);
  if (fail.code != NE_NOERROR) {
    printf("Error from nag_mv_distance_mat (g03eac).\n%s\n", fail.message);
    exit_status = 1;
    goto END;
  }

  /* Perform clustering */
  /* nag_mv_hierar_cluster_analysis (g03ecc).
   * Hierarchical cluster analysis
   */
  nag_mv_hierar_cluster_analysis(method, n, d, ilc, iuc, cd, iord, dord,
                                 &fail);
  if (fail.code != NE_NOERROR) {
    printf("Error from nag_mv_cluster_indicator (g03ejc).\n%s\n",
           fail.message);
    exit_status = 1;
    goto END;
  }

  printf("\nDistance   Clusters Joined\n\n");

  for (i = 0; i < n - 1; ++i) {
    printf("%10.3f     ", cd[i]);
    printf("%3s", name[ilc[i] - 1]);
    printf("%3s", name[iuc[i] - 1]);
    printf("\n");
  }
  /* Produce dendrogram */
  nsym = 20;
  dmin_ = 0.0;
  dstep = cd[n - 2] / (double) nsym;
  /* nag_mv_dendrogram (g03ehc).
   * Construct dendrogram following
   * nag_mv_hierar_cluster_analysis (g03ecc)
   */
  nag_mv_dendrogram(Nag_DendSouth, n, dord, dmin_, dstep, nsym, &c, &fail);
  if (fail.code != NE_NOERROR) {
    printf("Error from nag_mv_dendrogram (g03ehc).\n%s\n", fail.message);
    exit_status = 1;
    goto END;
  }
  printf("\n");
  printf("Dendrogram ");
  printf("\n");
  printf("\n");
  ydist = cd[n - 2];
  for (i = 0; i < nsym; ++i) {
    if ((i + 1) % 3 == 1) {
      printf("%10.3f%6s", ydist, "");
      printf("%s", c[i]);
      printf("\n");
    }
    else {
      printf("%16s%s", "", c[i]);
      printf("\n");
    }
    ydist -= dstep;
  }
  printf("\n");
  printf("%14s", "");
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    printf("%3s", name[iord[i] - 1]);
  }
  printf("\n");
  /* nag_mv_dend_free (g03xzc).
   * Frees memory allocated to the dendrogram array in
   * nag_mv_dendrogram (g03ehc)
   */
  nag_mv_dend_free(&c);
  /* nag_mv_cluster_indicator (g03ejc).
   * Construct clusters following
   * nag_mv_hierar_cluster_analysis (g03ecc)
   */
  nag_mv_cluster_indicator(n, cd, iord, dord, &k, &dlevel, ic, &fail);
  if (fail.code != NE_NOERROR) {
    printf("Error from nag_mv_cluster_indicator (g03ejc).\n%s\n",
           fail.message);
    exit_status = 1;
    goto END;
  }
  printf("\n%s%2ld%s\n\n", "Allocation to ", k, " clusters");
  printf("Object  Cluster\n\n");
  for (i = 0; i < n; ++i) {
    printf("%5s%s%5s", "", name[i], "");
    printf("%ld     ", ic[i]);
    printf("\n");
  }
END:
  nAG_FREE(cd);
  nAG_FREE(d);
  nAG_FREE(dord);
  nAG_FREE(s);
  nAG_FREE(x);
  nAG_FREE(ic);
  nAG_FREE(ilc);
  nAG_FREE(iord);
  nAG_FREE(isx);
  nAG_FREE(iuc);
  return exit_status;
}

C言語によるサンプルソースコード : 使用関数名：nag_mv_cluster_indicator (g03ejc)

概要

入力データ

出力結果

ソースコード