デンドログラムとは
デンドログラム（Dendrogram）とは、階層的クラスタリング分析の結果を視覚的に表現するために用いられる樹状図のことです。
データポイントやクラスタが、類似性の高さに基づいて段階的に結合していく様子を木の枝のような図で表し、どのデータがどのクラスタに属し、クラスタ間の距離感や結合の順序を一目で理解するのに役立ちます。
デンドログラム の基本概念
階層的クラスタリングは、データ間の類似度に基づいて、最も類似性の高いデータポイント同士を 最初に結合し、次に結合されたクラスタと残りのデータポイントまたは他のクラスタとの類似度を計算して、さらに結合を進めていくことで階層的なクラスタ構造を生成する手法です。デンドログラムは、この結合の過程を可視化したものです。
デンドログラムの横軸には個々のデータポイント（または初期クラスタ）が並べられ、縦軸は結合が行われた際の類似度（または距離）を表します。縦軸の値が小さいほど、より類似性の高いデータまたはクラスタが早い段階で結合されたことを意味します。
デンドログラム の構成要素と解釈
- 葉（Leaf）: デンドログラムの最下部に位置し、個々のデータポイントを表します。
- 枝（Branch）: データポイントやクラスタが結合する過程を示す水平線です。
- 高さ（Height）: 枝が結合する縦軸の位置は、結合されたデータまたはクラスタ間の距離（非類似度）を表します。低い位置での結合は類似性が高いことを、高い位置での結合は類似性が低いことを示唆します。
- 根（Root）: デンドログラムの最上部に位置し、全てのデータポイントが最終的に一つのクラスタに結合された状態を表します。
デンドログラムを解釈する際には、以下の点に注目します。
- クラスタの形成: 縦軸の特定の値で水平に線を引くと、その線と交わらない枝の下にあるデータポイントが一つのクラスタを形成すると解釈できます。水平線の高さを変えることで、異なる数のクラスタを得ることができます。
- クラスタ間の距離: 異なるクラスタに属する最も近い枝が結合する高さは、それらのクラスタ間の距離を示唆します。高い位置での結合は、クラスタ間の類似性が低い（距離が大きい）ことを意味します。
- データの類似性: 横軸上で近い位置に配置され、低い高さで結合しているデータポイントほど、互いに類似性が高いと判断できます。
デンドログラム の利用
デンドログラムは、階層的クラスタリングの結果を理解し、分析するための強力なツールです。
- 最適なクラスタ数の決定: デンドログラムの形状を観察し、枝の長さや結合の高さを考慮することで、データ内の自然なクラスタ数を推測する手がかりを得ることができます。
- クラスタ構造の可視化: データがどのように階層的にグループ化されているかを視覚的に把握し、データ間の関係性を理解するのに役立ちます。
- 異常値の特定: 他のデータポイントから大きく離れて結合しているデータポイントは、異常値である可能性が考えられます。
- 特徴量の選択: デンドログラムを用いて変数をクラスタリングし、類似性の高い変数をまとめることで、特徴量選択の参考とすることができます。
デンドログラム 作成の手順
デンドログラムは、階層的クラスタリングアルゴリズム（凝集型または分割型）を実行した結果に基づいて作成されます。一般的な手順は以下の通りです。
- データ間の距離または類似度の計算: データポイント間の距離行列（例：ユークリッド距離、コサイン距離など）または類似度行列を計算します。
- クラスタリングの実行: 選択した階層的クラスタリングアルゴリズムを用いて、データポイントまたは既存のクラスタを段階的に結合または分割します。この過程で、結合または分割されたクラスタ間の距離または類似度の情報を記録します。
- デンドログラムの描画: 記録された結合または分割の履歴と距離（または類似度）の情報に基づいて、樹状図を描画します。
デンドログラムは、階層的クラスタリング分析の結果を直感的かつ視覚的に理解するための重要なツールです。データの階層的な構造、クラスタ間の距離、個々のデータの類似性などを把握するのに役立ち、最適なクラスタ数の決定やデータの特徴理解に貢献します。データ分析において、特に階層的な構造を持つデータや、事前にクラスタ数を決定することが難しい場合に有効な手法です。
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