Кластер — понятие, типы и применение¶
Кластер — это группа однородных объектов, объединённых по схожести признаков или близкости в пространстве. Термин происходит от английского cluster («скопление», «гроздь») и применяется в информатике, математике, биологии, физике, лингвистике и других областях знания. В широком смысле кластер — это любое скопление схожих элементов, выделенное из более широкого множества по определённому критерию.
¶Кластер в информатике
В компьютерных науках кластером называют группу связанных серверов или компьютеров, работающих как единая система. Кластеры используются для повышения отказоустойчивости и производительности: при выходе из строя одного узла задачи автоматически переносятся на остальные.
Основные типы вычислительных кластеров:
- Кластеры высокой доступности (high availability) — обеспечивают непрерывную работу сервиса за счёт резервирования.
- Вычислительные кластеры (HPC-кластеры) — объединяют мощности множества компьютеров для решения сложных научных и инженерных задач.
- Хранилищные кластеры — объединяют дисковые массивы для масштабирования объёма данных.
В России крупнейшие суперкомпьютерные кластеры размещаются в МГУ, Объединённом институте ядерных исследований и других научных центрах. Технологии кластерных вычислений развиваются в рамках национальных проектов цифровизации.
¶Кластерный анализ
В математике и статистике кластерный анализ — это семейство методов разбиения множества объектов на группы (кластеры) так, чтобы объекты внутри группы были максимально похожи друг на друга, а между группами — максимально различались.
Кластерный анализ применяется в:
- машинном обучении — для сегментации данных;
- маркетинге — для выделения целевых аудиторий;
- биологии — для классификации видов и генов;
- криминалистике — для группировки преступлений.
Основные алгоритмы кластеризации:
| Алгоритм | Принцип работы |
|---|---|
| K-means | Разбиение на k заранее заданных кластеров по близости к центроидам |
| Иерархическая кластеризация | Построение дендрограммы слияния или разделения кластеров |
| DBSCAN | Группировка по плотности точек в пространстве |
| Gaussian Mixture | Модель на основе гауссовых распределений |
¶Кластер в других областях
¶Лингвистика
В лингвистике кластером называют группу звуков, произносимых подряд без гласных между ними (например, стр в слове «строка»). Согласные кластеры характерны для русского и большинства европейских языков.
¶Биология
В биологии кластерами называют группы генов, расположенных рядом на хромосоме и часто унаследованных вместе. Также кластерами именуют скопления клеток или организмов — например, кластеры нейронов в головном мозге.
¶Физика
В физике кластер — это небольшое объединение атомов или молекул (от нескольких до нескольких тысяч частиц), обладающее свойствами, промежуточными между отдельной молекулой и объёмным веществом.
¶Экономика и география
Понятие кластера широко используется в экономической географии. Кластер — это географическая концентрация взаимосвязанных компаний, поставщиков, институтов и инфраструктуры в определённой отрасли. Термин популяризировал Майкл Портер в 1990-х годах. В России понятие промышленных кластеров закреплено в законодательстве: в 2008 году принят федеральный закон «О промышленной политике», предусматривающий создание особых экономических зон и кластерных структур.
¶Простыми словами
Если объяснить суть простыми словами: кластер — это когда множество похожих вещей собирают в одну группу. Компьютерный кластер — это несколько компьютеров, работающих как один большой. Кластерный анализ — это способ найти в данных скрытые группы. Кластер в языке — это согласные, идущие подряд.
Главное свойство любого кластера — внутренняя однородность и внешняя отличимость: элементы группы похожи между собой и при этом отличаются от элементов других групп.
¶Источники
- Википедия: статьи «Кластер», «Кластерный анализ», «Вычислительный кластер»
- Портер М. «Конкурентное преимущество» (1985)
- Хан Дж., Камбер М. «Добыча данных: концепции и методы» (2011)
- Федеральный закон от 13.07.2015 № 216-ФЗ «Об инновационном центре «Сколково»»
- ГОСТ Р ИСО/МЭК 27000-2021 — информационная безопасность, терминология