基于动态邻域的三支聚类分析

目前,大多数聚类方法是二支聚类,即对象要么属于一个类,要么不属于一个类,聚类的结果必须具有清晰的边界。然而,将某些不确定的对象强制分配到某个类中将降低聚类结果的结构和精度。三支聚类是一种重叠聚类,它采用核心域和边界域来表示每个类别,较好地处理了具有不确定性对象的聚类问题。提出了一种使用样本邻域将二支聚类转化为三支聚类的方法。该方法利用二支聚类的结果和每个类中元素的邻域是否完全包含在该类中来对集合进行收缩,同时利用不在该类中的元素的邻域是否与该类有交集来进行扩张。收缩的区域称为核心域,扩张域和核心域的差集称为边界域。在UCI数据集上的实验结果显示,该方法在提高聚类结果的结构和F1值方面有较好的效果。     

基于q近邻的不完备数据三支决策聚类方法

聚类是数据挖掘的重要技术之一,在许多实际应用领域,由于数据获取限制,数据误读,随机噪音等原因会造成大量的缺失数据,形成数据集的不完备性,而传统的聚类方法无法直接对这类数据集进行聚类分析。针对数值型数据,提出了一个基于三支决策的不完备数据聚类方法。首先找到不完备数据对象的q个近邻,使用q个近邻的平均值填充缺失的数据;然后在"完备的"数据集上使用基于密度峰值的聚类方法得到簇划分,对每个簇中含有不确定性的数据对象,使用三支决策的思想将其划分到边界域中。三支决策聚类结果采用区间集形式表示,通常一个簇被划分成正域、负域和边界域部分,可以更好地描述软聚类结果。在UCI数据集和人工数据集上的实验结果展示了算法的有效性。     

基于差异性度量的基础聚类三支过滤算法

基础聚类成员预处理是聚类集成算法中的一个重要研究步骤。众多研究表明,基础聚类成员集合的差异性会影响聚类集成算法性能。当前聚类集成研究围绕着生成基础聚类和优化集成策略展开,而针对基础聚类成员的差异性度量及其优化的研究尚不完善。文中基于Jaccard相似性提出一种基础聚类成员差异性度量指标,并结合三支决策思想提出了基础聚类成员差异性三支过滤方法。该方法首先设定基础聚类成员的三支决策的初始阈值α(0)和β(0),然后计算各个基础聚类成员的差异性度量指标,进而实施三支决策。其决策策略为:当基础聚类成员的差异性度量指标小于指定阈值α(0)时,删除该基础聚类成员;当基础聚类成员的差异性度量指标大于指定阈值β(0)时,保留该基础聚类成员;当基础聚类成员的差异性度量指标大于α(0)且小于β(0)时,该基础聚类成员被归入三支决策边界域等待进一步判断。当结束一轮三支决策后,算法将重新计算三支决策阈值α(1)和β(1)并对上轮三支决策边界域重新进行三支决策,直至没有基础聚类成员被归入三支决策边界域或达到指定迭代次数。对比实验表明基础差异性度量的基础聚类三支过滤方法能够有效地提升聚类集成效果。     

基于空间邻域加权的模糊C-均值聚类及其应用研究*

针对模糊C-均值聚类法用于图像聚类时仅利用了像素的灰度信息,而忽视空间位置信息,导致在噪声区域和边界处有误分类现象,提出一种新的基于空间邻域加权的模糊C-均值图像聚类法。首先,定义了一个空间邻域信息函数,该函数能够有力抑制噪声点,同时能够很好保留边界的特性;其次,设计了具有空间约束的样本邻域信息加权隶属度矩阵;最后,将该方法应用于人工合成图像和模拟MR脑图像的聚类。实验结果表明,该方法能够获得较好的聚类效果,同时具有较强的抑制噪声的能力。     

基于k-means的自动三支决策聚类方法

应用广泛的k-means算法结果是一种二支决策的结果,即对象要么属于某个类要么不属于这个类,这种决策方式难以适用于一些具有不确定现象的环境,因此提出三支决策聚类方法来反映对象与类之间的关系,即：对象确定属于某类、可能属于某类或确定不属于某类。显然,二支决策是三支决策的一种特例。此外,从类内紧凑性和考虑近邻类间分离性角度出发,定义了分离性指数、聚类结果评估有效性指数,并提出了一种自动三支决策聚类算法。该方法为处理具有不确定信息的基于k-means算法框架的聚类数目自动确定的难题提供了一种新的解决思路。在人工数据集和UCI真实数据集上的初步对比实验结果表明所提出的方法是有效的。     

基于多粒度粗糙集的聚类融合方法

现有的聚类融合算法从聚类成员的角度出发,若使用全部聚类成员则融合结果受劣质成员影响,对聚类成员进行选择再进行融合则选择的策略存在主观性。为在一定程度上避免这两种局限性,可以从元素的角度出发,提出一种新的聚类融合方法。通过多粒度决策不一致粗糙集来选择一部分类别确定的元素,再利用这部分元素进行聚类融合生成新的划分;多粒度决策不一致粗糙集模型能够刻画多粒度决策过程中属性一致而决策不一致的现象,提出了一种基于多粒度决策不一致的粗糙集模型,并给出了一种聚类融合方法。具体做法是：首先在数据集上多次使用K-means聚类算法,生成论域上的多个粒结构;其次对所有粒结构两两之间求粒间包含度,建立包含度矩阵,对矩阵使用Otsu算法计算阈值,得出多组满足阈值条件的信息粒,求解多粒度决策不一致下近似和上近似;最后分别处理下近似与边界域中元素的类别,从而获得了一个经过融合的聚类划分。实验结果表明,该方法能够有效改善聚类的结果,具有较高的时间效率,且算法具有较好的鲁棒性。     

邻域平衡密度聚类算法

聚类是数据挖掘领域的一项重要分析手段.在分析核心对象与其邻域对象的分布特征后,引入对象的投影点,对象的邻域平衡、平衡核心对象、边界稀疏对象等概念.提出一种新的基于密度的聚类算法bDBSCAN(balance-DBSCAN).算法将核心对象邻域中的对象投影,进行向量单位化,考察核心对象的邻域平衡性,将与平衡核心对象平衡密度可达的对象聚成一个簇.理论分析和实验结果表明,算法可以处理任意形状的簇,有效地排除边界稀疏对象这类噪声,并且可以解决高维数据聚类边界区分不明显、噪声对象多等问题,提高了聚类精度.算法的时间复杂度与DBSCAN近似.     

基于人工蜂群的三支k-means聚类算法

聚类在数据挖掘技术中起着至关重要的作用。传统的聚类算法都是硬聚类算法,即对象要么属于一个类,要么不属于一个类,在处理不确定数据时,强制划分会带来决策错误。三支k-means聚类算法可以对边界不确定数据进行更加合理的分类,但仍然存在对初始聚类中心敏感的问题。为解决这一问题,将人工蜂群算法与三支k-means聚类算法相结合,提出了一种基于人工蜂群的三支k-means聚类算法。通过定义类内聚集度函数和类间离散度函数来构造蜜源的适应度函数,引导蜂群向高质量的蜜源进行全局搜索。利用蜂群之间不同角色的相互协作与互换,对数据集进行多次迭代聚类,找到最优的蜜源位置,作为初始聚类中心,并在此基础上交替迭代聚类。实验证明,该方法对聚类结果的性能指标有所提高。在UCI数据集上的实验验证了该算法的有效性。     

快速发现任意形状的聚类

提出FFCAS（Fast Finding the Clusters of Arbitrary Shape)聚类算法，用于快速发现任意形状的聚类，先将每个对象分配到很小的ε－邻域，即原子聚类，然后找出高浓度的核心原子聚类，再消除所有的冗余原子聚类，仅用边界来表示聚类，大大减小了存储空间。因为ε是一个很小的值，原子聚类能自然地描述聚类。该算法最坏时间复杂度为O（n log n)(n为数据库中的对象个数），只需访问一次数据库，实验表明，FFCAS运行时间与数据库中的对象数目成线性关系，能发现任意形状的聚类，对异类的敏感性低，对大型、高维数据库也有效。     

面向混合数据的代价敏感三支决策边界域分类方法

针对现有三支决策模型的研究对象多为单一性数据的决策系统,对于混合数据边界域样本处理的研究相对较少,本文面向混合数据提出了基于核属性的代价敏感三支决策边界域分类方法。该方法基于正域约简计算混合邻域决策系统的核属性集,在此基础上计算混合邻域类,并利用三支决策规则分别将对象划分到各决策类的正域、边界域和负域;提出了一种基于代价敏感学习的三支决策边界域分类方法,并构造了误分类代价的计算方法,以此划分边界域中的对象。通过对UCI上的10个数据集进行实验对比与分析,进一步验证了本文方法,为处理边界域样本提供了一种可行有效的方法。     

基于邻域模型的K-means初始聚类中心选择算法

传统的K-means算法由于其方法简单,在模式识别和机器学习中被广泛讨论和应用。但由于K—means算法随机选择初始聚类中心,而初始聚类中心的选择对最终的聚类结果有着直接的影响,因此算法不能保证得到一个唯一的聚类结果。利用邻域模型中对象邻域的上下近似,定义了对象邻域耦合度和分离度的概念,给出了对象在初始聚类中心选择中的重要性,提出了一种初始聚类中心的选择算法。另外,分析了邻域模型中三种范数对聚类精度的影响,并和随机选择初始聚类中心、CCIA选择初始聚类中心算法进行了比较,实验结果表明,该算法是有效的。     

基于三支决策的非重叠社团划分

基于三支决策理论,提出了一种基于三支决策的非重叠社团划分算法（N-TWD）,该方法将初始聚类形成的重叠社团进行二次划分以形成最终的非重叠社团。N-TWD算法首先利用层次聚类形成有重叠的社团结构,将两个存在重叠的社团的左边社团中非重叠部分定义为正域,右边社团中非重叠部分定义为负域,而两个社团的重叠部分定义为边界域。然后,针对边界域中的节点,分别计算边界域中节点与正域和负域的社团归属度B_P、B_N进行二次划分。对于二次划分后仍然留在边界域中的节点将利用投票的方法决定其最终归属,最终获得非重叠的社团结构。本文选取4个经典社交网络数据集和1个真实世界数据集对N-TWD算法进行了验证,相比较其他社团划分算法（GN、NFA、LPA、CACDA）,N-TWD时间复杂度较低,总体获取的社团模块度值更高。     

三支决策朴素贝叶斯增量学习算法研究

增量学习利用增量数据中的有用信息通过修正分类参数来更新分类模型,而朴素贝叶斯算法具有利用先验信息以及增量信息的特性,因此朴素贝叶斯算法是增量学习算法设计的最佳选择。三支决策是一种符合人类认知模式的决策理论,具有主观的特性。将三支决策思想融入朴素贝叶斯增量学习中,提出一种基于三支决策的朴素贝叶斯增量学习算法。基于朴素贝叶斯算法构造了一个称为分类确信度的概念,结合代价函数,用以确定三支决策理论中的正域、负域和边界域。利用三个域中的有用信息构造基于三支决策的朴素贝叶斯增量学习算法。实验结果显示,在阈值[α]和[β]选择合适的情况下,基于该方法的分类准确性和召回率均有明显的提高。     

Ball-Tree优化的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法DPC（clustering by fast search and find of density peaks）时间复杂度高、准确度低的缺陷,提出了一种基于Ball-Tree优化的快速密度峰值聚类算法BT-DPC。算法利用第[k]近邻度量样本局部密度,通过构建Ball-Tree加速密度[ρ]及距离[δ]的计算;在类簇分配阶段,结合[k]近邻思想设计统计学习分配策略,将边界点正确归类。通过在UCI数据集上的实验,将该算法与原密度峰值聚类算法及其改进算法进行了对比,实验结果表明,BT-DPC算法在降低时间复杂度的同时提高了聚类的准确度。     

考虑边界样本邻域归属信息的粗糙K-means增量聚类算法

在原有数据聚类结果的基础上,如何对新增数据进行归属度量分析是提高增量式聚类质量的关键,现有增量式聚类算法更多地是考虑新增数据的位置分布,忽略其邻域数据点的归属信息.在粗糙K-means聚类算法的基础上,针对边界区域新增数据点的不确定性信息处理,提出一种基于邻域归属信息的粗糙K-means增量式聚类算法.该算法综合考虑边界区域新增数据样本的位置分布及其邻域数据点的类簇归属信息,使得新增数据点与各类簇的归属度量更为合理;此外,在增量式聚类过程中,根据新增数据点所导致的类簇结构的变化,对类簇进行相应的合并或分裂操作,使类簇划分可以自适应调整.在人工数据集和UCI标准数据集上的对比实验结果验证了算法的有效性.     

大型数据库中基于邻域连接的层次聚类算法

提出了一种基于邻域连接的层次聚类算法HANL,该算法首先采用分割的方法将数据集划分为若干个子簇,通过对子簇间的连接的分析,建立子簇间的连接构成图,图中带权的边代表了子簇间的连接紧密度。合并连接紧密度高的结点,得到最后的聚类结果。该算法适用于高维数据集,能够对任意形状的簇进行聚类,无论对于数值属性的数据库还是分类属性的数据库都是一个有效的聚类方法。同时这种方法聚类速度快,效率高,具有良好的伸缩性。     

基于K近邻和优化分配策略的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类(density peak clustering, DPC)是一种简单有效的聚类分析方法.但在实际应用中,对于簇间密度差别大或者簇中存在多密度峰的数据集,DPC很难选择正确的簇中心;同时,DPC中点的分配方法存在多米诺骨牌效应.针对这些问题,提出一种基于K近邻(K-nearest neighbors,KNN)和优化分配策略的密度峰值聚类算法.首先,基于KNN、点的局部密度和边界点确定候选簇中心;定义路径距离以反映候选簇中心之间的相似度,基于路径距离提出密度因子和距离因子来量化候选簇中心作为簇中心的可能性,确定簇中心.然后,为了提升点的分配的准确性,依据共享近邻、高密度最近邻、密度差值和KNN之间距离构建相似度,并给出邻域、相似集和相似域等概念,以协助点的分配;根据相似域和边界点确定初始聚类结果,并基于簇中心获得中间聚类结果.最后,依据中间聚类结果和相似集,从簇中心到簇边界将簇划分为多层,分别设计点的分配策略;对于具体层次中的点,基于相似域和积极域提出积极值以确定点的分配顺序,将点分配给其积极域中占主导地位的簇,获得最终聚类结果.在11个合成数据集和27个真实数据集上进行仿真...     

基于EK-medoids聚类和邻域距离的特征选择方法

针对传统聚类算法中只注重数据间的距离关系,而忽视数据全局性分布结构的问题,提出一种基于EK-medoids聚类和邻域距离的特征选择方法。首先,用稀疏重构的方法计算数据样本之间的有效距离,构建基于有效距离的相似性矩阵;然后,将相似性矩阵应用到K-medoids聚类算法中,获取新的聚类中心,进而提出EK-medoids聚类算法,可有效对原始数据集进行聚类;最后,根据划分结果所构成簇的邻域距离给出确定数据集中的属性重要度定义,应用启发式搜索方法设计一种EK-medoids聚类和邻域距离的特征选择算法,降低了聚类算法的时间复杂度。实验结果表明,该算法不仅有效地提高了聚类结果的精度,而且也可选择出分类精度较高的特征子集。     

不同形状邻域空间信息的模糊聚类图像分割

在经典的融合空间信息的模糊聚类图像分割方法中,图像像素的空间信息大,都采用正方形的邻域窗来获取。为了更好地分割出图像中的边界及细节信息,对不同形状邻域空间信息的模糊聚类图像分割进行了研究。在该方法中,首先采用圆形、三角形和菱形邻域窗获得图像像素的空间信息,然后分别将这三种空间信息引入到融合空间信息的模糊聚类图像分割中。Berkeley图像上的分割实验表明分别采用圆形、三角形和菱形邻域窗获得图像像素空间信息的模糊聚类图像分割方法在分割性能上要优于融合正方形邻域窗空间信息的方法。     

一种面向不完备信息系统的集对k-means聚类算法

针对不完备信息系统的数据聚类问题,将集对分析理论引入k-means聚类中,同时为了更好地表示样本与类簇的关系,构建了一种面向不完备信息系统的集对k-means (Set pair k-means,SPKM)聚类算法。首先,基于集对理论提出了一种集对距离度量方法,并将该度量方法运用到k-means算法中,得到初步聚类结果;随后,对于同时属于多个类的样本,将其分配到相应类的边界域,对于只属于一个类的样本,将其分配到相应类的正同域或边界域,其中聚类结果由肯定属于该类簇的正同域、可能属于该类簇的边界域以及肯定不属于该类簇的负反域3个部分共同表示;最后通过选取UCI数据库中的6个数据集与4种对比算法进行实验评价。实验结果表明,SPKM算法在准确率、F₁值、Jaccard系数、FMI和ARI等指标上均具有良好的聚类性能。