基于马氏距离度量的局部线性嵌入算法

局部线性嵌入算法(LLE)中常用欧氏距离度量样本间相似度。而对于图像等高维数据,欧氏距离不能准确体现样本间的相似程度。文中提出基于马氏距离度量的局部线性嵌入算法(MLLE)。算法首先从现有样本中学习到一个马氏度量,然后在LLE算法的近邻选择、现有样本及新样本降维过程中用马氏度量作为相似性度量。将MLLE算法及其它典型的流形学习算法在ORL和USPS数据库上进行对比实验,结果表明MLLE算法具有良好的识别性能。     

改进的局部线性嵌入算法及其应用

局部线性嵌入算法（LLE）中常用欧氏距离来度量样本间相似度,而对于具有低维流形结构的高维数据,欧氏距离不能衡量流形上两点间相对位置关系。提出基于Geodesic Rank-order距离的局部线性嵌入算法（简称GRDLLE）。应用最短路径算法（Dijkstra算法）找到最短路径长度来近似计算任意两个样本间的测地线距离,计算Rank-order距离用于LLE算法的相似性度量。将GRDLLE算法、其他改进LLE的流形学习算法及2DPCA算法在ORL与Yale数据集上进行对比实验,对数据用GRDLLE算法进行降维后人脸识别率有所提高,结果表明GRDLLE算法具有很好的降维效果。     

半监督的局部保留投影降维方法

针对现有数据降维算法不能同时利用标记样本和无标记样本的问题,提出一种半监督局部保留投影降维方法。定义类间相似度和类内相似度,同时最大化类间分离度、最小化类内分离度,保持样本总体结构和局部结构,从而提高数据降维的效果。在人工数据集、UCI数据库和Olivetti人脸库中的测试结果表明,该方法的识别率较高。     

基于鲁棒的余弦欧氏距离度量降维的图像检索方法

为解决主成分分析（PCA）无法处理非线性数据集以及鲁棒性差的问题,提出一种鲁棒的余弦-欧氏距离度量的降维方法（RCEM）。该方法利用余弦度量（CM）能够处理离群点的特点来提取数据的局部几何特征,并利用欧氏距离能够很好地保持样本的方差信息的特点来刻画数据集的全局分布,在保留数据局部信息的同时实现了局部和全局的统一,提高了局部降维算法的鲁棒性,同时避免了局部小样本问题。实验结果显示,与角度优化全局嵌入（AOGE）方法相比,在Corel-1000数据集下检索查准率提高了5.61%,相比不降维时检索时间减少了42%。结果表明,RCEM算法能在不降低图像检索精度的同时提高图像检索的效率,可以有效应用于基于内容的图像检索（CBIR）。     

面向数据集的ST-SNE算法高维数据降维研究

在数据挖掘和机器学习等领域中,数据降维是解决高维数据分析与处理难题的有效手段。对t-SNE 降维算法进行了深入的研究,并对t-SNE 计算高维空间样本点相似度的过程进行了改进。t-SNE 算法直接利用样本点在高维空间中的欧氏距离来度量样本点的相似度,但欧氏距离在高维空间中不能忠实反映样本位于非线性流形上的相似关系。利用样本点在高维空间中的邻居结构,提出使用二阶邻近距离来度量样本点的相似度,并提出基于二阶邻近距离的随机近邻嵌入算法（Second Order t-SNE,ST-SNE）。在MNIST、USPS、COIL-20等多个数据集上进行了对比实验。实验结果表明,改进后的算法提升了降维结果的分类准确度和可视化效果。     

自适应加权t-SNE算法及其在脑网络状态观测矩阵降维中的应用研究

针对目前数据降维算法受高维空间样本分布影响效果不佳的问题,提出了一种自适应加权的t分布随机近邻嵌入（t-SNE）算法。该算法对两样本点在高维空间中的欧氏距离进行归一化后按距离的不同分布状况进行分组分析,分别按照近距离、较近距离和远距离三种情况在计算高维空间内样本点间的相似概率时进行自适应加权处理,以加权相对距离代替欧氏绝对距离,从而更真实地度量每一组不同样本在高维空间的相似程度。在高维脑网络状态观测矩阵中的降维实验结果表明,自适应加权t-SNE的降维聚类可视化效果优于其它降维算法,与传统t-SNE算法相比,聚类指标值DBI值平均降低了28.39%,DI值平均提高了161.84%,并且有效地消除了分散、交叉和散点等问题。     

基于改进的等距离映射算法的人脸识别

针对等距离映射(Isomap)算法在处理扰动图像时拓扑结构不稳定的缺点,提出了一种改进算法。改进算法将图像欧氏距离(IMED)嵌入到等距离映射算法之中。首先引入坐标度量系数计算图像的坐标度量矩阵,通过线性变换将原始图像从欧氏距离(ED)空间转换到图像欧氏距离空间;然后计算变换空间中样本的欧氏距离矩阵,并在此基础上构建样本邻域图,得到近似测地距离矩阵;最后采用多维标度(MDS)分析算法构造样本的低维表示。对ORL和Yale人脸数据库降维并结合最近邻分类器进行实验,基于改进算法的识别率平均分别提高了5.57%和3.95%,表明与原算法相比,改进算法在人脸识别中对图像扰动具有较好的鲁棒性。     

最小距离鉴别投影及其在人脸识别中的应用

针对人脸识别问题,提出了最小距离鉴别投影算法,其与经典的线性鉴别分析不同,它是一种流形学习降维算法。该算法首先定义样本的类内相似度与类间相似度:前者能够度量样本与类内中心的距离关系,后者不仅能够反映样本与类间中心的距离关系而且能够反映样本类间距与类内距的大小关系;然后将高维数据映射到低维特征空间,使得样本到类内中心距离最小同时到类间中心距离最大。最后,在ORL、FERET及AR人脸库上的实验结果表明所提算法识别性能要优于其他算法。     

高维数据的增量式聚类算法的距离度量选择研究

合适的距离度量函数对于聚类结果有重要的影响。针对大规模高维数据集,使用增量式聚类算法进行距离度量的选择分析。SpFCM算法是将大规模数据集分成小样本进行增量分批聚类,可在有限的计算机内存中获得较好的聚类结果。在传统的SpFCM算法的基础上,使用不同的距离度量函数来衡量样本之间的相似性,以得出不同的距离度量对SpFCM算法的影响。在不同的大规模高维数据集中,使用欧氏距离、余弦距离、相关系数距离和扩展的杰卡德距离来计算距离。实验结果表明,后3个距离度量相对于欧氏距离可以很大程度地提高聚类效果,其中相关系数距离可以得到较好的结果,余弦距离和扩展的杰卡德距离效果比较一般。     

流形距离与压缩感知核稀疏投影的局部线性嵌入算法

流形学习算法的目的是发现嵌入在高维数据空间中的低维表示,现有的流形学习算法对邻域参数k和噪声比较敏感。针对此问题,文中提出一种流形距离与压缩感知核稀疏投影的局部线性嵌入算法,其核心思想是集成局部线性嵌入算法对高维流形结构数据的降维有效性与压缩感知核稀疏投影的强鉴别性,以实现高效有降噪流形学习。首先,在选择各样本点的近邻域时,采用流形距离代替欧氏距离度量数据间相似度的方法,创建能够正确反映流形内部结构的邻域图,解决以欧氏距离作为相似性度量时对邻域参数的敏感。其次,利用压缩感知核稀疏投影作为从高维观测空间到低维嵌入空间的映射,增强算法的鉴别性。最后,利用Matlab工具对实验数据集进行仿真,进一步验证所提算法的有效性。     

基于定点ICA算法的人脸识别方法

提出定点ICA算法结合均一化欧氏距离的人脸识别方法。该方法不仅可以提取出独立主成分，而且收敛速度快，克服了PCA算法提取特征不独立和一般ICA算法收敛速度慢的缺点。在特征聚类方法中，均一化欧氏距离的聚类效果优于欧氏距离和马氏距离。在正交在预处理程中，投影特征空间维数的选取根据具体数据库和训练样本集通过试验确定。试验结果表明，该人脸识别方法具有较好的识别能力和鲁棒性。     

利用数据场和欧氏距离的图像边缘提取

图像边缘是图像分析和识别的基础,图像边缘信息的准确性和完整性对后续图像分析和识别有重要影响。为实现图像边缘有效提取,提出一种利用数据场和图像欧氏距离的图像边缘提取方法。首先,该方法利用数据场理论构建图像数据场,实现图像灰度值特征空间到数据场势值空间的转换。然后,在对图像数据场的势值计算时引入图像欧氏距离,利用图像区域欧氏距离扩大像素差异,抑制微小细节和噪声,得到"背景"和"目标"相对分离的势值图。最后,用改进Canny算法对势值图进行边缘提取。实验表明,用本文方法可以有效提高边缘提取的准确性,减少伪边缘,抑制冗余细节和噪声。     

加权成对约束度量学习在说话人识别中的应用

I-vector说话人识别系统常用距离来衡量说话人语音间的相似度。加权成对约束度量学习算法（WPCML）利用成对训练样本的加权约束信息训练一个用于计算马氏距离的度量矩阵。该度量矩阵表示的样本空间中,同类样本间的距离更小,非同类样本间的距离更大。在美国国家标准技术局（NIST）2008年说话人识别评测数据库（SRE08）的实验结果表明,WPCML算法训练度量矩阵用于马氏距离相似度打分,比用余弦距离相似度打分的性能更好。选择训练样本对方法用于构造度量学习训练样本集能进一步提高系统实验性能,并优于目前最流行的PLDA分类器。     

一种新颖的基于马氏距离的KNN分类算法

K近邻作为模式识别研究领域的热点之一,影响其性能的距离度量也得到广泛关注。但传统KNN采用欧氏距离,平等对待所有特征间的差别,不能有效反映数据的内在结构特征。针对此问题,借鉴局部保持投影的基本思想,根据局部保持散度矩阵定义一种距离度量新方法,利用该距离度量提出一种新颖的基于马氏距离的KNN算法。该算法在基于马氏距离分布特征的方式上充分反映每一类数据的内在结构特征。实验结果表明,与传统KNN和基于马氏距离的KNN相比,该算法表现出更好的分类精度。     

适用于小样本的双邻接图判别分析算法

作为一种常用的降维方法,适用于小样本的监督化拉普拉斯判别分析方法通过使用图嵌入的判别近邻分析得到了很好的降维效果。但该方法在构建近邻图时,在K近邻中寻找同类和异类样本点存在数据不平衡问题;此外,在优化该方法的目标函数时,没有全面考虑到类间信息,从而会在一定程度上降低该方法的性能。针对以上两个问题,本文提出了适用于小样本的双邻接图判别分析方法。首先该方法分别在同类和异类样本中找出K个近邻点,然后使用这K个类内近邻点和K个类间近邻点来构造双邻接图,这样可以确保邻接图中既有同类样本点也有异类样本点,且数目相同。然后该方法在目标函数的推导结果中加入了类间拉普拉斯散度矩阵,从而使优化得到的投影矩阵融入更多的类间信息。在Yale和ORL人脸数据集上进行实验,并与同类方法相比,结果表明本文提出的适用于小样本的双邻接图判别分析方法能够得到更好的降维效果。     

A visualization metric for dimensionality reduction

Data visualization of high-dimensional data is possible through the use of dimensionality reduction techniques. However, in deciding which dimensionality reduction techniques to use in practice, quantitative metrics are necessary for evaluating the results of the transformation and visualization of the lower dimensional embedding. In this paper, we propose a manifold visualization metric based on the pairwise correlation of the geodesic distance in a data manifold. This metric is compared with other metrics based on the Euclidean distance, Mahalanobis distance, City Block metric, Minkowski metric, cosine distance, Chebychev distance, and Spearman distance. The results of applying different dimensionality reduction techniques on various types of nonlinear manifolds are compared and discussed. Our experiments show that our proposed metric is suitable for quantitatively evaluating the results of the dimensionality reduction techniques if the data lies on an open planar nonlinear manifold. This has practical significance in the implementation of knowledge-based visualization systems and the application of knowledge-based dimensionality reduction methods.     

马氏距离多核支持向量机学习模型

支持向量机是统计机器学习中的一种重要方法,被广泛地应用于模式识别、回归分析等问题。但一般支持向量机未考虑样本的总体分布,降低了支持向量机的泛化能力。针对该问题,提出一种马氏距离支持向量机学习模型,考虑总体样本的分布,并将该模型扩展到多核学习模型。通过数学方法将欧式距离核矩阵转化为马氏距离核矩阵,降低模型的实现难度。实验结果证明,该模型不仅保持了欧式距离多核学习模型的原有性质,且具有更好的分类精确度。