#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# Time    : 18-8-8 下午2:17
# Author  : dahu
# File    : kmeans2.py
# Software: PyCharm

#from :  https://www.cnblogs.com/ahu-lichang/p/7161613.html
import sys
reload(sys)
sys.setdefaultencoding('UTF-8')

from numpy import *
import matplotlib.pyplot as plt
# 加载数据
def loadDataSet(fileName):  # 解析文件，按tab分割字段，得到一个浮点数字类型的矩阵
    dataMat = []              # 文件的最后一个字段是类别标签
    fr = open(fileName)
    for line in fr.readlines():
        curLine = line.strip().split('\t')
        fltLine = map(float, curLine)    # 将每个元素转成float类型
        dataMat.append(fltLine)
    return dataMat

# 计算欧几里得距离
def distEclud(vecA, vecB):
    return sqrt(sum(power(vecA - vecB, 2))) # 求两个向量之间的距离

# 构建聚簇中心，取k个(此例中k=4)随机质心
def randCent(dataSet, k):
    n = shape(dataSet)[1]
    centroids = mat(zeros((k,n)))   # 每个质心有n个坐标值，总共要k个质心
    for j in range(n):
        minJ = min(dataSet[:,j])
        maxJ = max(dataSet[:,j])
        rangeJ = float(maxJ - minJ)
        centroids[:,j] = minJ + rangeJ * random.rand(k, 1)
    return centroids

# k-means 聚类算法
def kMeans(dataSet, k, distMeans =distEclud, createCent = randCent):
    '''
    :param dataSet:  没有lable的数据集  (本例中是二维数据)
    :param k:  分为几个簇
    :param distMeans:    计算距离的函数
    :param createCent:   获取k个随机质心的函数
    :return: centroids： 最终确定的 k个 质心
            clusterAssment:  该样本属于哪类  及  到该类质心距离
    '''
    m = shape(dataSet)[0]   #m=80,样本数量
    clusterAssment = mat(zeros((m,2)))
    # clusterAssment第一列存放该数据所属的中心点，第二列是该数据到中心点的距离，
    centroids = createCent(dataSet, k)
    clusterChanged = True   # 用来判断聚类是否已经收敛
    while clusterChanged:
        clusterChanged = False;
        for i in range(m):  # 把每一个数据点划分到离它最近的中心点
            minDist = inf; minIndex = -1;
            for j in range(k):
                distJI = distMeans(centroids[j,:], dataSet[i,:])
                if distJI < minDist:
                    minDist = distJI; minIndex = j  # 如果第i个数据点到第j个中心点更近，则将i归属为j
            if clusterAssment[i,0] != minIndex:
                clusterChanged = True  # 如果分配发生变化，则需要继续迭代
            clusterAssment[i,:] = minIndex,minDist**2   # 并将第i个数据点的分配情况存入字典
        # print centroids
        for cent in range(k):   # 重新计算中心点
            ptsInClust = dataSet[nonzero(clusterAssment[:,0].A == cent)[0]]   # 去第一列等于cent的所有列
            centroids[cent,:] = mean(ptsInClust, axis = 0)  # 算出这些数据的中心点
    return centroids, clusterAssment
# --------------------测试----------------------------------------------------
# 用测试数据及测试kmeans算法
if __name__ == '__main__':
    datMat = mat(loadDataSet('testSet.txt'))
    # print min(datMat[:,0])
    # print max(datMat[:,1])
    # print randCent(datMat,4)
    myCentroids,clustAssing = kMeans(datMat,4)
    print myCentroids
    # print clustAssing,len(clustAssing)

    plt.figure(1)
    x=array(datMat[:,0]).ravel()
    y=array(datMat[:,1]).ravel()
    plt.scatter(x,y, marker='o')
    xcent=array(myCentroids[:,0]).ravel()
    ycent=array(myCentroids[:,1]).ravel()
    plt.scatter( xcent, ycent, marker='x', color='r', s=50)
    plt.show()
