凝集法クラスタリング|階層型分析で探る!【ChatGPT統計解析】
凝集法によるクラスタリング(agglomerative clustering)は、階層型クラスター分析の手法であり、データの似たもの同士を逐次的にまとめていく方法です。この手法では、初めに各データ点をそれぞれ単一のクラスターとして扱い、距離や類似度に基づいて最も近いクラスター同士を結合し、新しいクラスターを形成します。このプロセスを繰り返していき、最終的にはすべてのデータが1つの大きなクラスターに統合されます。クラスタリングの過程はツリー状の構造(デンドログラム)として視覚化され、デンドログラムを基に適切なクラスター数を判断することが可能です。結合の基準としては、最短距離(single linkage)、最長距離(complete linkage)、平均距離(average linkage)、重心法(centroid linkage)などの方法が用いられます。この手法は、クラスター間の関係を直感的に把握できる利点がありますが、計算量が多いため、大規模データには適していない場合があります。
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凝集法によるクラスタリング(agglomerative clustering)は、階層型クラスター分析において用いられる代表的な手法の一つであり、対象となるデータを互いに似たもの同士で段階的にまとめていくアプローチです。この手法では、初めに各データ点をそれぞれ単一のクラスターとして扱い、それらの間の距離や類似度を計算します。そして、計算結果に基づいて最も近いクラスター同士を結合し、新たなクラスターを形成します。この過程を繰り返していくことで、すべてのデータ点が最終的に1つの大きなクラスターに統合されるまでプロセスを進めます。凝集法は、そのクラスター生成の過程を詳細に記録できるという特徴があり、その結果をツリー構造で視覚的に表現した「デンドログラム(dendrogram)」として出力することが可能です。このデンドログラムは、クラスター間の関係性やデータ構造を直感的に把握する手段として非常に有用です。具体的な結合基準としては、最短距離法(single linkage)、最長距離法(complete linkage)、平均距離法(average linkage)、重心法(centroid linkage)などが用いられ、それぞれの手法によってクラスターの形成方法や結果が異なります。最短距離法では、2つのクラスター間の最も近い点同士の距離を基準に結合を行い、この手法はクラスタリングの結果として細長い形状のクラスターを形成しやすいという特徴があります。一方で、最長距離法では、クラスター間の最も遠い点同士の距離を基準とし、より緊密なクラスターを作成する傾向があるため、密集した構造を求める際に適しています。平均距離法は、クラスター間の全ての点の平均距離を計算し、それを基準に結合を行う方法であり、最短距離法と最長距離法の中間的な特性を持つため、バランスの良いクラスタリングが可能です。重心法では、各クラスターの重心(中心点)を基準に距離を計算し、最も近いクラスターを結合します。この方法は、大規模データのクラスタリングや非線形的なデータ分布に対しても比較的適用しやすいですが、データ分布が極端な場合には結果が不安定になることもあります。凝集法の利点として、クラスター間の階層構造を明確に示すことができる点が挙げられ、これによりユーザーはデータの類似性や階層的な関係を視覚的に把握することができます。また、この手法はデータの分類やグループ化の過程が透明であるため、結果を解釈しやすいという特長もあります。ただし、欠点として、計算量が多く、大規模データには不向きであることが挙げられます。凝集法は、数万件を超えるような大規模データセットに適用する際には、処理時間が長くなるだけでなく、計算リソースの制約も大きな課題となります。そのため、大規模データに対しては、k-means法やDBSCANなどの他の非階層型クラスタリング手法が用いられることが一般的です。さらに、凝集法は距離や類似度の計算方法に大きく依存するため、適切な距離尺度を選択することが重要となります。一般的にはユークリッド距離やコサイン類似度が用いられますが、データの特性や分析目的に応じて選択を検討する必要があります。また、デンドログラムを用いた結果の解釈においても、クラスタリングの分割点をどこに設定するかは分析者の判断に委ねられるため、場合によっては主観的な要素が入る可能性があります。これらの課題を踏まえつつ、凝集法はマーケティング、バイオインフォマティクス、社会科学など多岐にわたる分野で広く利用されており、特にクラスター間の関係性を深く理解する必要がある研究や、データの階層的な構造を解析する場面でその威力を発揮します。