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我已经对一个大型数据集进行了聚类,并发现了 6 个我有兴趣进行更深入分析的聚类。

我找到了使用带有“ward.D”方法的 hclust 的集群,我想知道是否有办法从 hclust/dendrogram 对象中获取“子树”。

例如

library(gplots)
library(dendextend)

data <- iris[,1:4]
distance <- dist(data, method = "euclidean", diag = FALSE, upper = FALSE)
hc <- hclust(distance, method = 'ward.D')
dnd <- as.dendrogram(hc)
plot(dnd) # to decide the number of clusters
clusters <- cutree(dnd, k = 6)

我曾经cutree获取数据集中每一行的标签。

我知道我可以通过以下方式获取每个相应集群(例如集群 1)的数据:

c1_data = data[clusters == 1,]

是否有任何简单的方法来获取由返回的每个相应标签的子树dendextend::cutree?例如,假设我有兴趣获得

我知道我可以访问树状图的分​​支,执行类似的操作

subtree <- dnd[[1]][[2]

但是我怎样才能得到与集群 1 相对应的子树呢?

我努力了

dnd[clusters == 1]

但这当然行不通。那么如何根据 cutree 返回的标签获取子树呢?

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================= 更新答案

现在可以使用get_subdendrogramsfrom解决此问题dendextend

# needed packages:
# install.packages(gplots)
# install.packages(viridis)
# install.packages(devtools)
# devtools::install_github('talgalili/dendextend') # dendextend from github

# define dendrogram object to play with:
dend <- iris[,-5] %>% dist %>% hclust %>% as.dendrogram %>%  set("labels_to_character") %>% color_branches(k=5)
dend_list <- get_subdendrograms(dend, 5)

# Plotting the result
par(mfrow = c(2,3))
plot(dend, main = "Original dendrogram")
sapply(dend_list, plot)

在此处输入图像描述

这也可以在热图中使用:

# plot a heatmap of only one of the sub dendrograms
par(mfrow = c(1,1))
library(gplots)
sub_dend <- dend_list[[1]] # get the sub dendrogram
# make sure of the size of the dend
nleaves(sub_dend)
length(order.dendrogram(sub_dend))
# get the subset of the data
subset_iris <- as.matrix(iris[order.dendrogram(sub_dend),-5])
# update the dendrogram's internal order so to not cause an error in heatmap.2
order.dendrogram(sub_dend) <- rank(order.dendrogram(sub_dend))
heatmap.2(subset_iris, Rowv = sub_dend, trace = "none", col = viridis::viridis(100))

在此处输入图像描述

================= 旧答案

我认为对您有帮助的是以下两个功能:

第一个只是遍历所有集群并提取子结构。这个需要:

  • dendrogram我们要从中获取子树状图的对象
  • 集群标签(例如,由返回cutree

返回子树状图的列表。

extractDendrograms <- function(dendr, clusters){
    lapply(unique(clusters), function(clust.id){
        getSubDendrogram(dendr, which(clusters==clust.id))
    })
}

第二个执行深度优先搜索以确定集群存在于哪个子树中,如果它与完整集群匹配,则返回它。在这里,我们假设一个簇的所有元素都在一个子树中。这个需要:

  • 树状图对象
  • 簇中元素的位置

返回对应于给定元素簇的子树状图。

getSubDendrogram<-function(dendr, my.clust){
    if(all(unlist(dendr) %in% my.clust))
        return(dendr)
    if(any(unlist(dendr[[1]]) %in% my.clust ))
        return(getSubDendrogram(dendr[[1]], my.clust))
    else 
        return(getSubDendrogram(dendr[[2]], my.clust))
}

使用这两个函数,我们可以使用您在问题中提供的变量并获得以下输出。(我认为该行clusters <- cutree(dnd, k = 6)应该是clusters <- cutree(hc, k = 6)

my.sub.dendrograms <- extractDendrograms(dnd, clusters)

绘制列表中的所有六个元素给出所有子树状图

在此处输入图像描述

编辑

正如评论中所建议的,我添加了一个函数,该函数作为输入采用树状图dend和子树的数量k,但它仍然使用先前定义的递归函数getSubDendrogram

prune_cutree_to_dendlist <- function(dend, k, order_clusters_as_data=FALSE) {
    clusters <- cutree(dend, k, order_clusters_as_data)
    lapply(unique(clusters), function(clust.id){    
        getSubDendrogram(dend, which(clusters==clust.id))
    })
}

5 个子结构的测试用例:

library(dendextend)
dend <- iris[,-5] %>% dist %>% hclust %>% as.dendrogram %>% set("labels_to_character") %>% color_branches(k=5)

subdend.list <- prune_cutree_to_dendlist(dend, 5)

#plotting
par(mfrow = c(2,3))
plot(dend, main = "original dend")
sapply(prunned_dends, plot)

我已经使用rbenchmarkTal Galili(这里命名为prune_cutree_to_dendlist2)建议的函数执行了一些基准测试,结果对于上述 DFS 方法非常有希望:

library(rbenchmark)
benchmark(prune_cutree_to_dendlist(dend, 5), 
          prune_cutree_to_dendlist2(dend, 5), replications=5)

                                test replications elapsed relative user.self
1  prune_cutree_to_dendlist(dend, 5)            5    0.02        1     0.020
2 prune_cutree_to_dendlist2(dend, 5)            5   60.82     3041    60.643

在此处输入图像描述

于 2018-01-09T13:40:39.473 回答
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我现在写函数prune_cutree_to_dendlist来做你要求的。我应该在将来的某个时候将它添加到 dendextend 中。

同时,这是代码和输出的示例(该函数有点慢。使其更快依赖于剪枝更快,我不会在不久的将来修复。)

# install.packages("dendextend")

library(dendextend)
dend <- iris[,-5] %>% dist %>% hclust %>% as.dendrogram %>% 
  set("labels_to_character")
dend <- dend %>% color_branches(k=5)

# plot(dend)

prune_cutree_to_dendlist <- function(dend, k) {
  clusters <- cutree(dend,k, order_clusters_as_data = FALSE)
  # unique_clusters <- unique(clusters) # could also be 1:k but it would be less robust
  # k <- length(unique_clusters)
  # for(i in unique_clusters) { 
  dends <- vector("list", k)
  for(i in 1:k) { 
    leves_to_prune <- labels(dend)[clusters != i]
    dends[[i]] <- prune(dend, leves_to_prune)

  }

  class(dends) <- "dendlist"

  dends
}

prunned_dends <- prune_cutree_to_dendlist(dend, 5)
sapply(prunned_dends, nleaves)

par(mfrow = c(2,3))
plot(dend, main = "original dend")
sapply(prunned_dends, plot)

在此处输入图像描述

于 2018-01-10T05:35:03.013 回答
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您是如何使用 hclust 获得 6 个集群的?你可以在任何时候砍树,所以你只需要让 cuttree 给你更多的集群:

clusters = cutree(hclusters, number_of_clusters)

如果你有很多数据,这可能不是很方便。在这些情况下,我所做的是手动选择我想要进一步研究的集群,然后仅在这些集群中的数据上运行 hclust。我不知道 hclust 中有任何功能可以让您自动执行此操作,但这很容易:

good_clusters = c(which(clusters==1), 
                  which(clusters==2)) #or whichever cLusters you want
new_df = df[good_clusters,]
new_hclusters = hclust(new_df)
new_clusters = cutree(new_hclusters, new_number_of_clusters)
于 2018-01-09T13:02:01.167 回答