本文目錄
1. 歐氏距離
2. 曼哈頓距離
3. 切比雪夫距離
4. 閔可夫斯基距離
5. 標准化歐氏距離
6. 馬氏距離
7. 漢明距離
8. 傑卡德距離 & 傑卡德相似系數
9. 相關系數 & 相關距離
10. 信息熵
1. 歐氏距離(Euclidean Distance)
歐氏距離是最易於理解的一種距離計算方法，源自歐氏空間中兩點間的距離公式。
(1)二維平面上兩點a(x1,y1)與b(x2,y2)間的歐氏距離：
(2)三維空間兩點a(x1,y1,z1)與b(x2,y2,z2)間的歐氏距離：
(3)兩個n維向量a(x11,x12,…,x1n)與 b(x21,x22,…,x2n)間的歐氏距離：
也可以用表示成向量運算的形式：
2. 曼哈頓距離(Manhattan Distance)
從名字就可以猜出這種距離的計算方法了。想象你在曼哈頓要從一個十字路口開車到另外一個十字路口，駕駛距離是兩點間的直線距離嗎？顯然不是，除非你能穿越大樓。實際駕駛距離就是這個“曼哈頓距離”。而這也是曼哈頓距離名稱的來源， 曼哈頓距離也稱為城市街區距離(City Block distance)。
(1)二維平面兩點a(x1,y1)與b(x2,y2)間的曼哈頓距離
(2)兩個n維向量a(x11,x12,…,x1n)與 b(x21,x22,…,x2n)間的曼哈頓距離
3. 切比雪夫距離 ( Chebyshev Distance )
國際象棋玩過么？國王走一步能夠移動到相鄰的8個方格中的任意一個。那么國王從格子(x1,y1)走到格子(x2,y2)最少需要多少步？自己走走試試。你會發現最少步數總是max( | x2-x1 | , | y2-y1 | ) 步 。有一種類似的一種距離度量方法叫切比雪夫距離。
(1)二維平面兩點a(x1,y1)與b(x2,y2)間的切比雪夫距離
(2)兩個n維向量a(x11,x12,…,x1n)與 b(x21,x22,…,x2n)間的切比雪夫距離
這個公式的另一種等價形式是
4. 閔可夫斯基距離(Minkowski Distance)
閔氏距離不是一種距離，而是一組距離的定義。
兩個n維變量a(x11,x12,…,x1n)與 b(x21,x22,…,x2n)間的閔可夫斯基距離定義為：
其中p是一個變參數。
當p=1時，就是曼哈頓距離
當p=2時，就是歐氏距離
當p→∞時，就是切比雪夫距離
根據變參數的不同，閔氏距離可以表示一類的距離。
5. 標准化歐氏距離 (Standardized Euclidean distance )
標准化歐氏距離是針對簡單歐氏距離的缺點而作的一種改進方案。標准歐氏距離的思路：既然數據各維分量的分布不一樣，好吧！那我先將各個分量都“標准化”到均值、方差相等吧。均值和方差標准化到多少呢？這里先復習點統計學知識吧，假設樣本集X的均值(mean)為m，標准差(standard deviation)為s，那么X的“標准化變量”表示為：
而且標准化變量的數學期望為0，方差為1。因此樣本集的標准化過程(standardization)用公式描述就是：
標准化后的值 = ( 標准化前的值 － 分量的均值 ) /分量的標准差
經過簡單的推導就可以得到兩個n維向量a(x11,x12,…,x1n)與 b(x21,x22,…,x2n)間的標准化歐氏距離的公式：
如果將方差的倒數看成是一個權重，這個公式可以看成是一種加權歐氏距離(Weighted Euclidean distance)。
6. 馬氏距離(Mahalanobis Distance)
有M個樣本向量X1~Xm，協方差矩陣記為S，均值記為向量μ，則其中樣本向量X到u的馬氏距離表示為：
而其中向量Xi與Xj之間的馬氏距離定義為：
若協方差矩陣是單位矩陣（各個樣本向量之間獨立同分布）,則公式就成了：
也就是歐氏距離了。
若協方差矩陣是對角矩陣，公式變成了標准化歐氏距離。
7. 漢明距離(Hamming Distance)
兩個等長字符串s1與s2之間的漢明距離定義為將其中一個變為另外一個所需要作的最小替換次數。例如字符串“1111”與“1001”之間的漢明距離為2。
應用：信息編碼（為了增強容錯性，應使得編碼間的最小漢明距離盡可能大）。
8. 傑卡德相似系數(Jaccard similarity coefficient)
(1) 傑卡德相似系數
兩個集合A和B的交集元素在A，B的並集中所占的比例，稱為兩個集合的傑卡德相似系數，用符號J(A,B)表示。
傑卡德相似系數是衡量兩個集合的相似度一種指標。
(2) 傑卡德距離
與傑卡德相似系數相反的概念是傑卡德距離(Jaccard distance)。傑卡德距離可用如下公式表示：
傑卡德距離用兩個集合中不同元素占所有元素的比例來衡量兩個集合的區分度。
9. 相關系數 ( Correlation coefficient )與相關距離(Correlation distance)
(1) 相關系數的定義
相關系數是衡量隨機變量X與Y相關程度的一種方法，相關系數的取值范圍是[-1,1]。相關系數的絕對值越大，則表明X與Y相關度越高。當X與Y線性相關時，相關系數取值為1（正線性相關）或-1（負線性相關）。
(2)相關距離的定義
10. 信息熵(Information Entropy)
信息熵並不屬於一種相似性度量。信息熵是衡量分布的混亂程度或分散程度的一種度量。分布越分散(或者說分布越平均)，信息熵就越大。分布越有序（或者說分布越集中），信息熵就越小。
計算給定的樣本集X的信息熵的公式：
參數的含義：
n：樣本集X的分類數
pi：X中第i類元素出現的概率
信息熵越大表明樣本集S分類越分散，信息熵越小則表明樣本集X分類越集中。。當S中n個分類出現的概率一樣大時（都是1/n），信息熵取最大值log2(n)。當X只有一個分類時，信息熵取最小值0