首先需要明确,虽然K-Means算法可以被解释为EM算法的一个特例(硬分配版本),但两者术语的对应关系与日常直觉略有不同。关键在于区分:
模型参数:是算法需要最终学习/估计的、描述模型本身的量,在迭代中会被更新。
A. 模型参数指的是每个数据点的簇标号
错误。簇标号(即每个点属于哪个簇)是隐含变量,而不是模型参数。算法在“E步”中根据当前模型参数(簇中心)来推断这些标号。
B. 隐含变量指的是每个数据点的簇标号
正确。这正是K-Means在EM框架下的理解。在“E步”(期望步)中,我们基于当前的簇中心,为每个数据点分配(或推断) 它所属的簇标号,这一步对应计算隐含变量的“期望”或“最可能取值”。
C. 模型参数指的是簇的个数(即K值)
错误。簇的个数K是一个超参数,通常在算法开始运行前由人工预先指定。模型参数(簇中心)是随着K的确定而需要被学习的具体数值。
D. 隐含变量指的是簇中心点坐标
错误。簇中心点坐标恰恰是模型参数。在“M步”(最大化步)中,我们根据上一步推断出的簇标号(隐含变量),重新计算各个簇的中心点坐标,以“最大化”簇内点的相似度(或最小化距离)。
为了让这个对应关系更清晰,我们可以这样看:
| 步骤 | K-Means 的具体操作 | 在EM框架下的解释 |
|---|---|---|
| 初始化 | 随机选择K个点作为初始簇中心 | 初始化模型参数(簇中心) |
| E步 (Expectation) | 计算每个点到各簇中心的距离,将其分配到最近的簇 | 基于当前模型参数,推断隐含变量(数据点的簇标号) |
| M步 (Maximization) | 根据新的簇分配,重新计算每个簇的中心点(均值) | 基于当前推断的隐含变量,更新(最大化似然的)模型参数(簇中心) |
简单来说,在K-Means这个EM过程中:
你在“猜”的东西(它属于哪个簇)是隐含变量。
你在“算”的东西(簇的中心在哪)是模型参数。
因此,唯一正确的描述是 B。理解这一点有助于你从更统一的理论视角看待包括K-Means、高斯混合模型在内的多种算法。