Akademide K-Means Algoritmasıyla Veri Sınıflandırma

K-Means, gözetimsiz öğrenmenin en yaygın ve pratik araçlarından biridir: etiket bilgisi olmadan veriyi $k$ adet kümeye ayırır, her kümenin merkezini (centroid) temsilci olarak bulur ve gözlemleri bu merkezlere olan uzaklıklarına göre atar. “Sınıflandırma” terimi, akademik literatürde çoğunlukla gözetimli (etiketli) modeller için kullanılsa da, K-Means çıktıları ön-sınıflandırma (pre-classification), özellik zenginleştirme ve yarı-gözetimli (semi-supervised) boru hatlarında fiilî bir sınıflandırma katmanı olarak işlev görür. Örneğin, öğrenci etkileşim verilerinde davranış tipolojilerini K-Means ile belirleyip bu küme etiketlerini daha sonra lojistik regresyona girdi yapmak; ya da sağlık verisinde semptom paternlerine göre ilk ayrım yapıp klinik karar ağaçlarına beslemek sık rastlanan bir yaklaşımdır.

1) K-Means’in sezgisi: “Merkeze en yakın olana git”

K-Means, her gözlemi en yakın merkeze atayarak kümeler arası içi benzerliği artırır ve kümeler arası ayrışmayı güçlendirir. Amaç fonksiyonu, küme içi kareler toplamını (WCSS) minimize etmektir. İçgörü: Veri bulutunu $k$ tane küresel/oval “ada”ya bölmek.

---

2) Matematiksel temel ve amaç fonksiyonu

Burada μj\mu_jμj​ küme $j$’nin merkezi, CjC_jCj​ o kümeye atanan noktalar kümesidir. Algoritma E-adımı (assignment) ve M-adımı (update) arasında dönüşümlü ilerleyerek yerel en iyilere yakınsar.

3) Başlatma: Rastgele merkezler mi, K-Means++ mı?

Rastgele başlatma yerel minimumlara sıkışma riskini artırır. K-Means++, ilk merkezi rastgele seçip diğerlerini uzaklık ağırlıklı olasılıkla seçerek kötü başlangıçları azaltır; yakınsama daha hızlı ve genellikle daha iyi çözüm verir. Akademik raporda başlatma yöntemi ve n_init (çoklu deneme sayısı) mutlaka belirtilmeli.

---

4) Uzaklık ölçütü: Neden Öklidyen?

K-Means amaç fonksiyonu Öklidyen mesafeye gömülüdür; bu, küresel kümeleri varsayar. Öznitelikler farklı ölçeklerdeyse Öklidyen yanlı sonuç verir; bu yüzden standardizasyon (z-skor) kritik önemdedir. Yön benzerliği öne çıkıyorsa (TF-IDF metin vektörleri gibi) kosinüs mesafeli varyantlar veya spektral yöntemler düşünülmelidir.

---

5) Ölçekleme ve tür dönüşümleri: “Önce adil bir sahne”

Değişkenleri standartlaştırın (ortalama=0, SD=1). Çarpık dağılımda log/karekök dönüşümleri, uç değerlerde winsorize tercih edilebilir. Kategorik değişkenleri doğrudan K-Means’e vermeyin; one-hot kodlayın veya karışık veri için alternatiflere (k-prototypes, Gower + hiyerarşik) geçin.

---

6) $k$ sayısını seçmek: Dirsek, Silüet, Gap ve akıl

• Elbow (dirsek): WCSS eğrisindeki kırılma.

• Silüet skoru: $[-1,1]$; 0.5 üzeri iyi ayrışma sinyali verebilir.

• Gap istatistiği: Rastgele referansla kıyas.

• Davies–Bouldin / Calinski–Harabasz: Alternatif iç ölçütler.
  Karar tek metrikle verilmez; alan bilgisi + uygulama amacı ile birleştirilir.

---

7) Kararlılık (stability) ve sağlamlık (robustness)

Küme atamalarının parametre, örneklem ve gürültüye duyarlılığı bootstrap ve alt örnekleme ile sınanmalı; ARI/NMI gibi endekslerle çözümlerin tutarlılığı raporlanmalı. Bu, “tesadüfî tipoloji” riskini azaltır.

---

8) K-Means’in sınırlılıkları: Küresellik, eş boyut, aykırı

Küresel/benzer yoğunluklu kümeleri tercih eder; farklı yoğunluk ve eliptik yapılarda zayıflar. Aykırı değerler merkezleri “çekebilir”. Çözümler: k-medoids (medoid dayanıklılığı), DBSCAN/HDBSCAN (yoğunluk tabanlı), GMM (olasılıksal).

---

9) K-Medoids (PAM) ve CLARA: Dayanıklı alternatifler

K-Medoids, merkez yerine veri noktalarının kendisini “medoid” seçerek aykırı etkiye daha dayanıklıdır. Büyük veri için CLARA (örnekleme tabanlı PAM) hızlandırılmış varyanttır. K-Means’e göre daha maliyetli olsa da sınıflandırma ön-adımı için sık tercih edilir.

---

10) Mini-Batch K-Means: Büyük veride hız

Akış verilerde ve çok büyük matrislerde mini-batch güncellemeleriyle K-Means ölçeklenir. Yaklaşık çözümler üretir; pratikte yüksek boyutlu eğitim verilerinde tatmin edici sonuç verir ve MLOps boru hatlarına uygundur.

---

11) Yüksek boyut: PCA/ICA ile gürültüyü kırpın

Boyut arttıkça Öklidyen mesafe ayırt gücünü yitirir. PCA ile bileşenleri düşürüp (ör. %80–90 varyans) K-Means’i uygulamak ayrışmayı iyileştirir; dengeyi yorumlanabilirlik ile kurun. Görselleştirmede t-SNE/UMAP keşif için yararlı ama küme kararını tek başına belirlememeli.

---

12) Karışık veri tipleri: K-Prototypes ve Gower yaklaşımları

Hem sayısal hem kategorik alan varsa k-prototypes (sayısal için Öklidyen, kategorik için Hamming benzeri) kullanışlıdır. Alternatif olarak Gower uzaklığı + hiyerarşik veya DBSCAN uygulanabilir. Ordinal (Likert) değişkenlerde sıra bilgisini koruyan dönüşümler tercih edin.

---

13) Yarı-gözetimli köprü: K-Means + sınıflandırıcı

K-Means küme etiketleri, lojistik regresyon/SVM/GBM gibi gözetimli modellere ek özellik (feature) veya pseudo-label olarak verilebilir. Özellikle etiketli verinin kıt, etiket maliyetinin yüksek olduğu akademik senaryolarda etkilidir.

---

14) Hedef: “Veri sınıflandırma” boru hattında K-Means’in yeri

1. Temizlik–ölçekleme → 2) K-Means (k seçimli) → 3) Küme etiketini/uzaklığını özellik olarak ekle → 4) Gözetimli model (lojistik/forest/boosting) → 5) Değerlendirme (AUC/PR-AUC/kalibrasyon).
   Kümeler, karmaşık etkileşimleri özetleyen kompakt bir temsil sağlar.

---

15) Değerlendirme: İç ölçüt + dış doğrulama

İç ölçütler (silüet, DB) ayrışmayı; dış doğrulama ise bağımsız sonuçlarla (ör. başarı puanı, klinik çıktı) küme anlamını test eder. Raporlarda post-hoc fark testleri ve etki büyüklükleri (d, OR) verilmelidir.

---

16) Uç değer ve gürültü yönetimi

Z-skor>3, IQR kuralları, robust Mahalanobis ile aşırı uçlar işaretlenmeli; karar bağlama göre: düzeltme, winsorize veya yoğunluk tabanlı yöntemlere geçiş. Çıkarımın yöneyini değiştirmiyorsa duyarlılık analizi ile şeffaflaştırın.

---

17) Başlatma ve yakınsama parametrelerini raporlamak

n_init (kaç farklı başlangıç), max_iter ve tol (yakınsama toleransı) raporda yer almalı. Bilimsel tekrarlanabilirlik için seed (tohum) ve yazılım sürümleri yazılmalı.

---

18) Çoklu k adayını birleştirmek: Konsensüs kümeleme

$k=\mathrm{3..8}$ gibi bir aralıkta elde edilen atamaları co-association matrisi ile birleştirerek konsensüs çözüm üretin. Kararlılığı artırır, “tek atış” yanlılığını azaltır.

---

19) Küme profilleri: İsim verin, hikâye kurun

“Küme 1: Düşük etkileşim – düzensiz ritim”, “Küme 2: Yüksek etkin – forum odaklı” gibi anlamlı etiketler verin. Profil tablolarında ortalama/medyan + GA ve etki büyüklüğü sunun. Bu, sınıflandırma boru hattında karar diline çeviriyi kolaylaştırır.

---

20) Görselleştirme: 2D projeksiyon + merkezler + GA

PCA/UMAP düzleminde noktalar, renk=küme; merkezler büyük işaretlerle, küme içi dağılım elipsleriyle gösterilsin. Ayrıca merkezden uzaklık ısı haritası küme sıklığını ve kompaktlığını anlatır.

---

21) Zaman boyutu: K-Means ile yörünge tipleri

Haftalık/dönemsel özniteliklerden yörünge vektörleri oluşturup K-Means ile trajektori kümeleri çıkarın (ör. “erken düşüş”, “son dakika yükselişi”). Eğitim ve sağlık izlemlerinde erken uyarı sinyalleri için etkilidir.

---

22) Metin ve sinyal verileri: Gömme (embedding) + K-Means

Metinde TF-IDF veya sentence embeddings, görüntü/sinyalde önceden eğitilmiş ağlardan özellik vektörleri çıkarıp K-Means uygulayın. Sonrasında konu/şablon etiketleri sınıflandırıcıya ek özellik olur.

---

23) Büyük veri ve dağıtık ortamlar

Mini-batch, faiss/ANN ile yakın komşu hızlandırma, Spark MLlib’de k-means; örnekleme + tam veride refit stratejisi. MLOps’ta drift izleme: küme merkezleri zamana yayılıp değişiyorsa yeniden eğitme tetikleyin.

---

24) Etik ve adalet

Kümeler hassas gruplara dolaylı ayrımcılık üretebilir. Demografi dağılımlarını kontrol edin; “etiket”leri destek amacıyla kullanın, damgalayıcı dil ve kararları önleyin. Küçük hücreler (n<5) raporlanmaz; anonimleştirme zorunludur.

---

25) Raporlama şablonu (yapıştır-kullan)

“Veri, eksik gözlemler çoklu atama ile tamamlandı; sayısal değişkenler z-skorla ölçeklendi. K-Means++ başlatmalı K-Means, n_init=50, max_iter=300, tol=1e-4 ile çalıştırıldı. $k$ seçimi için elbow, silüet (ort=0.42) ve gap birlikte kullanıldı; $k=4$ seçildi. Bootstrap (B=200) ile ARI=0.81 (SD=0.05). Kümeler, davranış profilleriyle adlandırıldı; final puanı ve devamsızlıkta anlamlı farklar gözlendi (FDR düzeltilmiş p<.01). Küme etiketleri daha sonra lojistik modele özellik olarak eklendi; PR-AUC %0.51’den %0.57’ye çıktı.”

---

26) Sık hatalar ve kaçınma yolları

1. Ölçeklemeden K-Means → yanlı sonuçlar.

2. Tek metrikle $k$ seçimi → çoklu ölçüt/kontrol.

3. Aykırıları görmezden gelmek → medoids/yoğunluk.

4. t-SNE/UMAP görseline bakıp k belirlemek → yalnız keşif için kullanın.

5. Başlatma/parametreleri raporlamamak → tekrarlanamaz sonuç.

---

27) Akademik örnek A (Eğitim): Davranış temelli ön-sınıflandırma

LMS logları ve ödev metriklerinden K-Means (k=4). Kümeler erken-aktif, gece-çalışan, forum-odaklı, düşük-katılım. Bu etiketler lojistik modele eklendi; risk tahmininde kalibrasyon ve PR-AUC iyileşti. Müdahale: “düşük-katılım”a haftalık hatırlatma + mentor.

---

28) Akademik örnek B (Sağlık): Semptom paterni ve triage

Çok boyutlu semptom puanları K-Means ile 3 kümeye ayrıldı; bir kümede yüksek ağrı + düşük uyku paterni baskın. Klinik akışta triage önceliği ve hedefli danışmanlık protokolü tasarlandı; sonrası kohortta tekrar skorları anlamlı düştü.

---

29) Akademik örnek C (Sosyal bilimler/işletme): Segmentasyon → sınıflandırma

Tüketici davranış değişkenleriyle K-Means segmentleri çıkarıldı; segment etiketi + segment merkezine uzaklık özellikleri ile churn sınıflandırma modelinde AUC kayda değer arttı. Pazarlama bütçesi segment bazlı tahsis edildi.

Sonuç

K-Means, akademide hızlı, ölçeklenebilir ve yorumlanabilir bir kümeleme aracıdır; doğru kullanıldığında veri sınıflandırma akışlarında etkili bir ön-katman ve özellik üretici olarak değer üretir. Başarı ölçütleri yalnız WCSS veya silüet değildir; kararlılık/sağlamlık testleri ve dış doğrulama (bağımsız çıktılarla ilişki) bilimsel iknayı güçlendirir. Ölçekleme zorunludur; $k$ seçimi çoklu ölçüt ve alan bilgisiyle yapılmalıdır. Aykırı/gürültü sorunlarında k-medoids, yoğunluk tabanlı yöntemler (DBSCAN/HDBSCAN) ve olasılıksal GMM pratik alternatiflerdir. Yüksek boyutta PCA ile gürültünün törpülenmesi, karışık veri için k-prototypes veya Gower temelli yaklaşımlar önerilir.

En önemlisi, kümeler anlamlı profillere çevrilmeli; eğitimde erken uyarı, sağlıkta triage, sosyal bilimlerde segmentasyon gibi sahici karar süreçlerine etik ve adalet ilkeleri çerçevesinde entegre edilmelidir. Kod–veri–seed/sürüm bilgisinin raporlanması ve duyarlılık paketleriyle tekrarlanabilirlik, K-Means uygulamalarını sadece “hızlı bir teknik” olmaktan çıkarır; bilimsel katkıya dönüştürür.

Akademi Delisi, eğitim ve akademik destek alanında kapsamlı hizmetler sunan öncü bir platformdur. Öğrencilerin akademik başarılarına yön verirken, onları bilgiyle buluşturmayı ve potansiyellerini en üst düzeye çıkarmayı amaç edinmiş bir ekibiz. Sitemiz bünyesinde ödevlerden projelere, tezlerden makalelere kadar geniş bir yelpazede destek sağlıyoruz. Alanında uzman yazarlarımız, öğrencilere özgün içerikler sunarken, aynı zamanda onlara araştırma, analiz ve yazım konularında rehberlik ederek kendilerini geliştirmelerine yardımcı oluyor.
Akademik hayatın zorluklarıyla başa çıkmak artık daha kolay. Akademi Delisi olarak, öğrencilere sadece ödevlerinde değil, aynı zamanda araştırma projelerinde, tez çalışmalarında ve diğer akademik gereksinimlerinde de destek sağlıyoruz. Sunduğumuz kaliteli hizmetler sayesinde öğrenciler zamanlarını daha verimli bir şekilde kullanabilirler. Uzman ekibimiz, her bir öğrencinin ihtiyaçlarına özel çözümler üreterek, onların akademik hedeflerine ulaşmalarına katkı sağlar.
Gelişmiş kaynaklara erişimden akademik yazım kurallarına, araştırma yöntemlerinden kaynakça oluşturmaya kadar her aşamada öğrencilere destek sunan Akademi Delisi, eğitimde yeni bir perspektif sunuyor. Amacımız, öğrencilere sadece geçici çözümler değil, aynı zamanda uzun vadeli öğrenme ve başarıya giden yolda rehberlik etmektir.