多尺度的谱聚类算法

提出了一种多尺度的谱聚类算法。与传统谱聚类算法不同,多尺度谱聚类算法用改进的k-means算法对未经规范的Laplacian矩阵的特征向量进行聚类。与传统k-means算法不同,改进的k-means算法提出一种新颖的划分数据点到聚类中心的方法,通过比较聚类中心与原点的距离和引入尺度参数来计算数据点与聚类中心的距离。实验表明,改进算法在人工数据集上取得令人满意的结果,在真实数据集上聚类结果较优。     

基于谱聚类和L2,1范数的多视图聚类算法

为了获得结构更加合理的相似矩阵,提出了基于谱聚类和L2,1范数的多视图聚类算法.该算法首先将改进的多视图亲和矩阵利用L2,1范数正则项合理地构造出相似矩阵S,使S在整体稀疏的情况下保证局部的强线性关系;然后同时进行相似矩阵的学习和谱聚类过程,将相似矩阵S和标签矩阵F交替迭代,加强数据集与降维后的F的几何结构的紧密联系;最后对所提出的算法进行了实验,结果表明该算法是有效的.     

基于共享近邻的多视角谱聚类算法

为了解决谱聚类算法中相似矩阵的构造不能满足簇内数据点高度相似的问题,给出一种基于共享近邻的多视角谱聚类算法（MV-SNN）。首先,算法通过提高共享近邻个数多的两个数据点的相似度,使同簇的数据之间的相似度更高;然后,将改进后的多个视角的相似矩阵进行相加从而整合得到全局相似矩阵;最后,为了解决一般谱聚类算法在后期仍需要通过k均值聚类算法进行数据点划分的问题,给出拉普拉斯矩阵秩约束的方法,从而直接通过全局相似矩阵得到最终的类簇结构。实验结果表明,对比其他几种多视角谱聚类算法,MV-SNN算法在三个聚类衡量标准：准确度、纯度和归一化互信息上的性能提高了1%~20%,在聚类时间上减少了50%左右,可见MV-SNN算法的聚类性能更好,用时更短。     

基于共享近邻的多视角谱聚类算法

为了解决谱聚类算法中相似矩阵的构造不能满足簇内数据点高度相似的问题，给出一种基于共享近邻的多视角谱聚类算法（MV-SNN）。首先，算法通过提高共享近邻个数多的两个数据点的相似度，使同簇的数据之间的相似度更高；然后，将改进后的多个视角的相似矩阵进行相加从而整合得到全局相似矩阵；最后，为了解决一般谱聚类算法在后期仍需要通过k均值聚类算法进行数据点划分的问题，给出拉普拉斯矩阵秩约束的方法，从而直接通过全局相似矩阵得到最终的类簇结构。实验结果表明，对比其他几种多视角谱聚类算法，MV-SNN算法在三个聚类衡量标准：准确度、纯度和归一化互信息上的性能提高了1%~20%，在聚类时间上减少了50%左右，可见MV-SNN算法的聚类性能更好，用时更短。     

粒计算优化初始聚类中心的K-medoids聚类算法

针对快速K-me doids聚类算法所选初始聚类中心可能位于同一类簇的缺陷,以及基于粒计算的K-medoids算法构造样本去模糊相似矩阵时需要主观给定阈值的缺陷,提出了粒计算优化初始聚类中心的K-medoids聚类算法。该算法结合粒计算与最大最小距离法,优化K-medoids算法初始聚类中心的选取,选择处于样本分布密集区域且相距较远的K个样本作为初始聚类中心;使用所有样本的相似度均值作为其构造去模糊相似矩阵的阈值。人工模拟数据集和UCI机器学习数据库数据集的实验测试表明,新K-medoids聚类算法具有更稳定的聚类效果,其准确率和Adjusted Rand Index等聚类结果评价指标值优于传统K-medoids聚类算法、快速K-medoids聚类算法和基于粒计算的K-medoids聚类算法。     

基于CMT-FCM的自适应谱聚类算法

传统谱聚类对初值选取十分敏感,严重影响了聚类效果。为了解决初值敏感问题,提出了基于CMT-FCM(借鉴历史知识的类中心距离极大化聚类算法)的自适应谱聚类算法。该算法以样本空间的标准差作为尺度参数,实现了尺度参数的自适应选取,提高了算法效率;而通过借鉴历史知识,引入类中心距离极大化项,避免了干扰点对类中心的干扰,提高了算法鲁棒性。通过在模拟数据集以及真实数据集上测验,取得了比传统谱聚类更稳定的聚类效果,验证了算法的有效性。     

基于路径相似度测量的鲁棒性谱聚类算法

传统谱聚类算法受高斯核尺度参数的影响较大,对噪声点较为敏感,并且不能利用先验信息指导聚类过程。针对以上问题,提出了一种基于路径相似度测量的鲁棒性谱聚类算法(RPB-SC)。该算法将路径聚类与谱聚类算法相结合,通过定义高斯核的邻域加权尺度因子计算相似度,再用路径聚类思想对全局相似度进行调节,同时通过成对限制先验信息辅助聚类搜索。在人工数据集和真实数据集上的实验表明,新提出的算法能有效减弱高斯核尺度参数的影响,增强对噪声点的鲁棒性,提高聚类性能。     

加权PageRank改进地标表示的自编码谱聚类算法

针对传统谱聚类算法在处理大规模数据集时,聚类精度低并且存在相似度矩阵存储开销大和拉普拉斯矩阵特征分解计算复杂度高的问题。提出了一种加权PageRank改进地标表示的自编码谱聚类算法,首先选取数据亲和图中权重最高的节点作为地标点,以选定的地标点与其他数据点之间的相似关系来逼近相似度矩阵作为叠加自动编码器的输入。然后利用聚类损失同时更新自动编码器和聚类中心的参数,从而实现可扩展和精确的聚类。实验表明,在几种典型的数据集上,所提算法与地标点谱聚类算法和深度谱聚类算法相比具有更好的聚类性能。     

一种改进的谱聚类彩色图像分割方法

提出一种改进的基于谱聚类的彩色图像分割方法,首先引入Levin's Affinity的权函数代替传统的高斯核函数建立相似矩阵来构造带权无向图,从而更精细地刻画出数据间的特征相似性;其次,采用线性映射将图嵌入到一个由部分特征向量生成的子空间中,使得数据映射到新的空间后也能较好的保留其在原空间中的结构;最后,在生成的子空间中用K均值聚类算法进行聚类从而为每个像素点分配类标签达到彩色图像分割的目的.与相关谱聚类算法进行图像分割的结果比较证实了改进算法的有效性和显著性.     

基于秩约束密度敏感距离的自适应聚类算法

传统的聚类算法一般使用欧氏距离获得数据的相似矩阵,在处理一些较复杂的数据时,欧氏距离由于不能反映全局一致性,因此无法有效地描述出数据点的实际分布。提出了一种基于秩约束密度敏感距离(Rank Constraints Density Sensitive Distance,RCDSD) 的自适应聚类算法。该方法首先引入密度敏感距离的相似性度量得到相似矩阵,有效地扩大了不同类数据点之间的距离,缩小了同类数据点间的距离,从而解决了传统聚类算法使用欧氏距离作为相似性度量导致聚类结果出现偏差的弊端;其次,在相似矩阵的拉普拉斯矩阵上施加秩约束,使相似矩阵的连通区域数等于聚类数,直接将数据点划分到正确的类中,得到最终的聚类结果,而不需要执行k-means或其它离散化程序。在人工仿真数据集和真实数据集上进行了大量实验,结果表明,所提算法得到了准确的聚类结果,并提高了聚类性能。     

A density-adaptive affinity propagation clustering algorithm based on spectral dimension reduction

As a novel clustering method, affinity propagation (AP) clustering can identify high-quality cluster centers by passing messages between data points. But its ultimate cluster number is affected by a user-defined parameter called self-confidence. When aiming at a given number of clusters due to prior knowledge, AP has to be launched many times until an appropriate setting of self-confidence is found. K-AP algorithm overcomes this disadvantage by introducing a constraint in the process of message passing to exploit the immediate results of K clusters. The key to K-AP clustering is constructing a suitable similarity matrix, which can truly reflect the intrinsic structure of the dataset. In this paper, a density-adaptive similarity measure is designed to describe the relations between data points more reasonably. Meanwhile, in order to solve the difficulties faced by K-AP algorithm in high-dimensional data sets, we use the dimension reduction method based on spectral graph theory to map the original data points to a low-dimensional eigenspace and propose a density-adaptive AP clustering algorithm based on spectral dimension reduction. Experiments show that the proposed algorithm can effectively deal with the clustering problem of datasets with complex structure and multiple scales, avoiding the singularity problem caused by the high-dimensional eigenvectors. Its clustering performance is better than AP clustering algorithm and K-AP algorithm.     

Local density adaptive similarity measurement for spectral clustering

Similarity measurement is crucial to the performance of spectral clustering. The Gaussian kernel function is usually adopted as the similarity measure. However, with a fixed kernel parameter, the similarity between two data points is only determined by their Euclidean distance, and is not adaptive to their surroundings. In this paper, a local density adaptive similarity measure is proposed, which uses the local density between two data points to scale the Gaussian kernel function. The proposed similarity measure satisfies the clustering assumption and has an effect of amplifying intra-cluster similarity, thus making the affinity matrix clearly block diagonal. Experimental results on both synthetic and real world data sets show that the spectral clustering algorithm with our local density adaptive similarity measure outperforms the traditional spectral clustering algorithm, the path-based spectral clustering algorithm and the self-tuning spectral clustering algorithm.     

一种基于MPI的稀疏化局部尺度并行谱聚类算法的研究与实现

谱聚类算法由于其可识别非凸数据分布、可有效避免局部最优解、不受数据点维数限制等优点,在许多领域得到广泛应用。然而,随着数据量的增大和数据维数的增多,在保证聚类准确性的前提下,尽可能降低计算时间将变得非常必要。此外,影响谱聚类算法聚类质量的因素除数据集本身外,还与所采用的求解距离矩阵的方法、相似性矩阵的尺度参数、Laplacian矩阵形式等多种因素相关。针对以上问题,首先对于大规模数据问题,将MPI并行编程模型应用于谱聚类算法;然后利用t-最近邻方法对谱聚类算法中较大维数的Laplacian矩阵进行近似转化,同时用局部尺度(Local Scaling)参数对算法中的尺度参数进行自动调节。基于上述分析,提出了一种谱聚类并行实现算法,即稀疏化局部尺度并行谱聚类算法SLSPSC,并在四个数据集上进行了测试,与现有的并行谱聚类算法PSC在运行时间和聚类质量两方面做了比较分析。实验结果显示,该算法降低了求解Laplacian矩阵的总时间,同时部分数据集聚类质量得到较大提高。     

一种基于SimRank得分的谱聚类算法

传统的谱聚类算法在建立相似度矩阵时仅考虑数据点与点的距离,忽略了数据点之间隐含的内在联系。针对这一问题,提出了一种基于SimRank的谱聚类算法。该算法首先用无向图数据建立邻接矩阵,并计算出基于SimRank的相似度矩阵;然后根据相似度矩阵建立拉普拉斯矩阵表达式,对其进行归一化后再进行谱分解;最后对分解得到的特征向量进行k-means聚类。在Zoo等UCI标准数据集上的实验结果表明,所提算法在聚类精确度、标准互信息和纯度3个评价指标上均优于现有的LRR(Low Rank Rrepresentation)等基于距离相似度的谱聚类算法。     

基于谱聚类的聚类集成算法

谱聚类是近年来出现的一类性能优越的聚类算法,能对任意形状的数据进行聚类, 但算法对尺度参数比较敏感,利用聚类集成良好的鲁棒性和泛化能力,本文提出了基于谱聚类的聚类集成算法.该算法首先利用谱聚类算法的内在特性构造多样性的聚类成员; 然后,采用连接三元组算法计算相似度矩阵,扩充了数据点之间的相似性信息;最后,对相似度矩阵使用谱聚类算法得到最终的集成结果. 为了使算法能扩展到大规模应用,利用Nystrm采样算法只计算随机采样数据点之间以及随机采样数据点与剩余数据点之间的相似度矩阵,从而有效降低了算法的计算复杂度. 本文算法既利用了谱聚类算法的优越性能,同时又避免了精确选择尺度参数的问题.实验结果表明:较之其他常见的聚类集成算法,本文算法更优越、更有效,能较好地解决数据聚类、图像分割等问题.     

公理化模糊共享近邻自适应谱聚类算法

针对传统的谱聚类算法通常利用高斯核函数作为相似性度量,且单纯以距离决定相似性不能充分表现原始数据中固有的模糊性、不确定性和复杂性,导致聚类性能降低的问题。提出了一种公理化模糊共享近邻自适应谱聚类算法,首先结合公理化模糊集理论提出了一种模糊相似性度量方法,利用识别特征来衡量更合适的数据成对相似性,然后采用共享近邻的方法发现密集区域样本点分布的结构和密度信息,并且根据每个点所处领域的稠密程度自动调节参数σ,从而生成更强大的亲和矩阵,进一步提高聚类准确率。实验表明,相较于距离谱聚类、自适应谱聚类、模糊聚类方法和地标点谱聚类,所提算法有着更好的聚类性能。