具有 gower 距离的层次聚类 - hclust() 和 philentropy::distance()

Question

我有一个混合数据集（分类变量和连续变量），我想使用 Gower 距离进行层次聚类。

我的代码基于 https://www.r-bloggers.com/hierarchical-clustering-in-r-2/ 中的示例，该示例使用基数 R dist() 作为欧氏距离。由于 dist() 不计算 Gower 距离，我尝试使用 philentropy::distance() 来计算它但它不起作用。

感谢您的帮助！

# Data
data("mtcars")
mtcars$cyl <- as.factor(mtcars$cyl)

# Hierarchical clustering with Euclidean distance - works 
clusters <- hclust(dist(mtcars[, 1:2]))
plot(clusters)

# Hierarchical clustering with Gower distance - doesn't work
library(philentropy)
clusters <- hclust(distance(mtcars[, 1:2], method = "gower"))
plot(clusters)

Answer 1

错误出在 distance 函数本身。

我不知道是不是有意为之，但是目前使用"gower"方法实现的philentropy::distance无法处理任何混合数据类型，因为第一个操作是转置data.frame，生成一个字符矩阵，然后在传递给 DistMatrixWithoutUnit 函数时抛出输入错误。

您可以尝试使用 cluster 中的 daisy 函数。

library(cluster)

x <- mtcars[,1:2]

x$cyl <- as.factor(x$cyl)

dist <- daisy(x, metric = "gower")

cls <- hclust(dist)

plot(cls)

编辑： 为了将来参考，似乎 philentropy 将更新为在下一个版本中包含更好的类型处理。来自 vignette

In future versions of philentropy I will optimize the distance() function so that internal checks for data type correctness and correct input data will take less termination time than the base dist() function.

Answer 2

小儿；抱歉，我不懂英文，无法解释。现在这是一个尝试。但是代码很好 ;-)

library(philentropy)
clusters <- hclust(
                   as.dist(
                          distance(mtcars[, 1:2], method = "gower")))
plot(clusters)

好看

Answer 3

您可以使用 gower 包

非常有效地完成它

library(gower)

d <- sapply(1:nrow(mtcars), function(i) gower_dist(mtcars[i,],mtcars))
d <- as.dist(d)
h <- hclust(d)
plot(h)

Answer 4

非常感谢这个很好的问题，也感谢所有提供出色答案的人。

只是为了解决未来读者的问题：

# import example data
data("mtcars")
# store example subset with correct data type 
mtcars_subset <- tibble::tibble(mpg = as.numeric(as.vector(mtcars$mpg)), 
                                cyl = as.numeric(as.vector(mtcars$cyl)), 
                                disp = as.numeric(as.vector(mtcars$disp)))

# transpose data.frame to be conform with philentropy input format
mtcars_subset <- t(mtcars_subset)

# cluster
clusters <- hclust(as.dist(philentropy::distance(mtcars_subset, method = "gower")))
plot(clusters)

# When using the developer version on GitHub you can also specify 'use.row.names = TRUE'
clusters <- hclust(as.dist(philentropy::distance(mtcars_subset, method = "gower", 
use.row.names = TRUE)))
plot(clusters)

如您所见，集群现在工作得非常好。

问题在于，在示例数据集中，列 cyl 存储 factor 值，而不是 philentropy::distance() 函数所需的 double 值。由于底层代码是用Rcpp写的，不规范的数据类型会出问题。正如 Esther 正确指出的那样，我将在包的未来版本中实施一种更好的方法来检查类型安全。

head(tibble::as.tibble(mtcars))

# A tibble: 6 x 11
mpg cyl    disp    hp  drat    wt  qsec    vs    am  gear  carb
<dbl> <fct> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
1  21   6       160   110  3.9   2.62  16.5     0     1     4     4
2  21   6       160   110  3.9   2.88  17.0     0     1     4     4
3  22.8 4       108    93  3.85  2.32  18.6     1     1     4     1
4  21.4 6       258   110  3.08  3.22  19.4     1     0     3     1
5  18.7 8       360   175  3.15  3.44  17.0     0     0     3     2
6  18.1 6       225   105  2.76  3.46  20.2     1     0     3     1

为了克服这个限制，我将 mtcars 数据集中感兴趣的列存储在单独的数据中。frame/tibble 并通过 as.numeric(as.vector(mtcars$mpg)) 将所有列转换为双精度值。

生成的子集 data.frame 现在仅根据需要存储 double 个值。

mtcars_subset

# A tibble: 32 x 3
 mpg   cyl  disp
<dbl> <dbl> <dbl>
1  21       6  160 
2  21       6  160 
3  22.8     4  108 
4  21.4     6  258 
5  18.7     8  360 
6  18.1     6  225 
7  14.3     8  360 
8  24.4     4  147.
9  22.8     4  141.
10  19.2     6  168.
# … with 22 more rows

另请注意，如果您仅向 philentropy::distance() 函数提供 2 个输入向量，则只会返回一个距离值，并且 hclust() 函数将无法计算任何聚类一个值。因此，我添加了第三列 disp 以实现集群的可视化。

希望对您有所帮助。

具有 gower 距离的层次聚类 - hclust() 和 philentropy::distance()

hierarchical clustering with gower distance - hclust() and philentropy::distance()

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