一种邻域竞争线性嵌入的降维方法

针对局部线性嵌入算法处理稀疏数据失效的问题,提出一种基于邻域竞争线性嵌入的降维方法。利用数据的统计信息动态确定局部线性化范围,并采用cam分布寻找数据点的近邻,避免了近邻选取方向的缺失。在数据集稀疏的情况下,通过对数据点近邻做局部结构的提取,该算法能够很好地把握数据的局部信息和整体信息。为了验证算法的有效性,将该算法应用于手工流形降维和对Corel数据库进行图像检索等,结果表明该算法不仅有较好的降维效果,而且具有很好的实用价值。     

邻域参数动态变化的局部线性嵌入

局部线性嵌入是最有竞争力的非线性降维方法,有较强的表达能力和计算优势.但它们都采用全局一致的邻城大小,只适用于均匀分布的流形,无法处理现实中大量存在的非均匀分布流形.为此,提出一种邻域大小动态确定的新局部线性嵌入方法.它采用Hessian局部线性嵌入的概念框架,但用每个点的局部邻域估计此邻域内任意点之间的近似测地距离,然后根据近似测地距离与欧氏距离之间的关系动态确定该点的邻域大小,并以此邻域大小构造新的局部邻域.算法几何意义清晰,在观察数据稀疏和数据带噪音等情况下,都比现有算法有更强的鲁棒性.标准数据集上的实验结果验证了所提方法的有效性.     

融合Garbor小波和流形学习的人脸表情识别

通过Garbor小波提取人脸表情特征,为降低Garbor变换后向量维数和提取有效的鉴别特征,将手动选取特征点和监督局部线性嵌入（SLLE）结合起来,利用人脸表情图像数据本身的非线性流形结构信息和样本标签信息来调整点到点之间的距离,并形成距离矩阵,而后基于被调整的距离矩阵进行线性近邻重建来实现维数约简,提取低维鉴别特征用于人脸表情识别。结果表明该方法能更为有效地提取反映表情状态的特征,识别率优于传统的PCA算法,取得了较好的识别效果。最后实验分析了SLLE算法近邻数K和嵌入维数对识别率的影响,得到了SLLE算法的最优近邻数K和低维嵌入维数。     

一种邻域线性竞争的排列降维方法

局部线性嵌入算法以及局部切空间排列算法是目前对降维研究有着重要影响的算法, 但对于稀疏数据及噪声数据, 在使用这些经典算法降维时效果欠佳。一个重要问题就是这些算法在处理局部邻域时存在信息涵盖量不足。对经典算法中全局信息和局部信息的提取机制进行分析后, 提出一种邻域线性竞争的排列方法（neighborhood linear rival alignment algorithm, NLRA）。通过对数据点的近邻作局部结构提取, 有效挖掘稀疏数据内部信息, 使得数据整体降维效果更加稳定。通过手工流形和真实数据集的实验, 验证了算法的有效性和稳定性。     

一种基于核的半监督局部线性嵌入方法

在局部线性嵌入算法中,标签价值没有得到充分体现。针对该问题,提出一种基于核的半监督局部线性嵌入方法。考虑到欧氏距离容易破坏流形结构,将原始数据映射到高维核空间,利用高维空间中的核距离代替欧氏距离,采用半监督标签信息调整距离矩阵,通过调整后的距离矩阵对数据结构进行线性重建,从而提高算法的降维性能。在标准数据集、人脸库、字符库等数据上进行实验,结果表明,与传统局部线性嵌入算法相比,该方法的辨识率提高了2%     

核岭回归的邻域保持最大间隔分析的人脸识别

邻域保持嵌入是局部线性嵌入的线性近似,强调保持数据流形的局部结构.改进的最大间隔准则重视数据流形的判别和几何结构,提高了对数据的分类性能.文中提出的核岭回归的邻域保持最大间隔分析既保持流形的局部结构,又使不同类别的数据保持最大间隔,以此构建算法的目标函数.为了解决数据流形高度非线性化的问题,算法采用核岭回归计算特征空间的变换矩阵.先求解数据样本在核子空间中降维映射的结果,再解得核子空间.在标准人脸数据库上的实验表明该算法正确有效,并且识别性能优于普通的流形学习算法.     

一种用于人脸识别的监督局部线性嵌入算法及其改进

为了提高人脸识别算法的识别率,提出一种基于监督局部线性嵌入SLLE(Supervised Locally Linear Embedding)的人脸图像识别方法。对局部线性嵌入LLE(Locally Linear Embedding)算法进行改进:①计算低维嵌入时,给稀疏矩阵M先加上一个单位阵,然后再计算它的特征值和特征向量,较好地解决了矩阵奇异问题;②针对LLE算法非监督的缺陷,在构造邻域的时候,增加数据的类别信息,根据其所属类别来判断样本的近邻。在Yale和ORL人脸库上的实验结果表明,该算法能够有效地提高人脸识别的性能。     

改进的有监督的局部线性嵌入算法及实验演示

流形学习方法中的LLE算法可以将高维数据在保持局部邻域结构的条件下降维到低维流形子空间中．并得到与原样本集具有相似局部结构的嵌入向量集合。LLE算法在数据降维处理过程中没有考虑样本的分类信息。针对这些问题进行研究,提出改进的有监督的局部线性嵌人算法（MSLLE）,并利用MatLab对该改进算法的实现效果同LLE进行实验演示比较。通过实验演示表明,MSLLE算法较LLE算法可以有利于保持数据点本身内部结构。     

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。     

KNPE算法在化工过程故障检测中的应用

化工生产过程具有维数高、非线性强等特点。针对传统的邻域保持嵌入(NPE)算法对非线性数据特征提取不足的缺陷,引入高斯核函数,将数据由非线性的输入空间转换到线性的特征空间。核邻域保持嵌入(KNPE)算法在构建局部空间特征结构的基础上,能够更好地提取数据的非线性结构。通过以田纳西-伊斯曼(TE)仿真过程为例,构造T2和SPE统计量进行故障检测,证明了KNPE方法比NPE和KPCA方法能够更快更准确的检测出非线性故障的发生。     

基于局部邻域多流形度量的人脸识别

针对人脸识别中特征的提取,提出了一种基于局部邻域多流形度量的人脸识别方法。针对人脸识别的小样本问题,用特征脸对人脸图像预处理。对预处理后的人脸数据集中每个流形内的数据点采用欧氏距离来选择各数据点的近邻点,由此得到局部权重矩阵,并计算重构数据点与原始数据点之间的误差距离;同时,采用图像集建模流形,用affine hull表示流形对应的数据集信息,计算多流形间的距离度量矩阵。通过最大化流形间距离以及最小化数据点与重构数据点误差距离来寻找投影降维矩阵。在人脸数据集上的大量比较实验,验证了该方法的准确性和有效性。     

基于Log-Gabor小波和二维半监督判别分析的人脸图像检索*

针对光照、表情变化给人脸识别造成的影响以及大型人脸图像库的训练样本中只有部分标记的问题,结合多通道Log-Gabor小波和半监督流形学习算法,提出一种新的人脸图像检索方法。该方法首先使用Log-Ga-bor小波对人脸图像进行滤波获得特征矩阵,进一步利用提出的二维半监督流形学习算法进行维数约简,得到低维判别特征。由于该方法直接作用于Log-Gabor特征矩阵,克服了小样本带来的奇异问题;另外,通过充分利用标记和未标记信息,还保留了数据的局部流形结构,增强了特征匹配的相似性。在CMU PIE和AR人脸数据库上的实验结果表明,该方法有效且优于其他方法。     

基于半监督流形学习的人脸识别方法

如何有效地将流形学习(Manifold learning,ML)和半监督学习(Semi-supervised learning,SSL)方法进行结合是近年来模式识别和机器学习领域研究的热点问题.提出一种基于半监督流形学习(Semi-supervised manifold learning,SSML)的人脸识别方法,它在部分有标签信息的人脸数据的情况下,通过利用人脸数据本身的非线性流形结构信息和部分标签信息来调整点与点之间的距离形成距离矩阵,而后基于被调整的距离矩阵进行线性近邻重建来实现维数约简,提取低维鉴别特征用于人脸识别.基于公开的人脸数据库上的实验结果表明,该方法能有效地提高人脸识别的性能.     

Optimal Local Basis: A Reinforcement Learning Approach for Face Recognition

This paper presents a novel learning approach for Face Recognition by introducing Optimal Local Basis. Optimal local bases are a set of basis derived by reinforcement learning to represent the face space locally. The reinforcement signal is designed to be correlated to the recognition accuracy. The optimal local bases are derived then by finding the most discriminant features for different parts of the face space, which represents either different individuals or different expressions, orientations, poses, illuminations, and other variants of the same individual. Therefore, unlike most of the existing approaches that solve the recognition problem by using a single basis for all individuals, our proposed method benefits from local information by incorporating different bases for its decision. We also introduce a novel classification scheme that uses reinforcement signal to build a similarity measure in a non-metric space. Experiments on AR, PIE, ORL and YALE databases indicate that the proposed method facilitates robust face recognition under pose, illumination and expression variations. The performance of our method is compared with that of Eigenface, Fisherface, Subclass Discriminant Analysis, and Random Subspace LDA methods as well.     

基于非线性降维的人脸识别新算法

提出了一种有监督的非线性核子空间人脸识别新方法。在核邻域保持投影方法的局部邻域构建过程中引入监督机制,更好地利用了人脸训练样本的类别信息,提高人脸识别的效率;在获取最佳重建权矩阵的过程中引入一个正则项约束 ,降低了其对噪声的敏感性。实验阶段,采用了AT&T和Yale人脸库和最近邻分类器测试该方法。结果表明,这种方法是有效的,且较无监督的KNPP方法及传统的经典人脸识别法具有更好的识别率和鲁棒性。     

基于对比学习的细粒度遮挡人脸表情识别

和实验室环境不同, 现实生活中的人脸表情图像场景复杂, 其中最常见的局部遮挡问题会造成面部外观的显著改变, 使得模型提取到的全局特征包含与情感无关的冗余信息从而降低了判别力. 针对此问题, 本文提出了一种结合对比学习和通道-空间注意力机制的人脸表情识别方法, 学习各局部显著情感特征并关注局部特征与全局特征之间的关系. 首先引入对比学习, 通过特定的数据增强方法设计新的正负样本选取策略, 对大量易获得的无标签情感数据进行预训练, 学习具有感知遮挡能力的表征, 再将此表征迁移到下游人脸表情识别任务以提高识别性能. 在下游任务中, 将每张人脸图像的表情分析问题转化为多个局部区域的情感检测问题, 使用通道-空间注意力机制学习人脸不同局部区域的细粒度注意力图, 并对加权特征进行融合, 削弱遮挡内容带来的噪声影响, 最后提出约束损失联合训练, 优化最终用于分类的融合特征. 实验结果表明, 无论是在公开的非遮挡人脸表情数据集(RAF-DB和FER2013)还是人工合成的遮挡人脸表情数据集上, 所提方法都取得了与现有先进方法可媲美的结果.     

动作切分和流形度量学习的视频动作识别

目的 为了提高视频中动作识别的准确度,提出基于动作切分和流形度量学习的视频动作识别算法。方法 首先利用基于人物肢体伸展程度分析的动作切分方法对视频中的动作进行切分,将动作识别的对象具体化;然后从动作片段中提取归一化之后的全局时域特征和空域特征、光流特征、帧内的局部旋度特征和散度特征,构造一种7×7的协方差矩阵描述子对提取出的多种特征进行融合;最后结合流形度量学习方法有监督式地寻找更优的距离度量算法提高动作的识别分类效果。结果 对Weizmann公共视频集的切分实验统计结果表明本文提出的视频切分方法具有很好的切分能力,能够作好动作识别前的预处理;在Weizmann公共视频数据集上进行了流形度量学习前后的识别效果对比,结果表明利用流形度量学习方法对动作识别效果提升2.8%;在Weizmann和KTH两个公共视频数据集上的平均识别率分别为95.6%和92.3%,与现有方法的比较表明,本文提出的动作识别方法有更好的识别效果。结论 多次实验结果表明本文算法在预处理过程中动作切分效果理想,描述动作所构造协方差矩阵对动作的表达有良好的多特征融合能力,而且光流信息和旋度、散度信息的加入使得人体各部位的运动方向信息具有了更多细节的描述,有效提高了协方差矩阵的描述能力,结合流形度量学习方法对动作识别的准确性有明显提高。     

基于测地距离的KPCA人脸识别

针对人脸检测数据集中的信息均为高维特征向量且人脸识别易受表情变化影响等问题,本文提出一种基于测地距离的KPCA人脸识别方法,该方法利用非线性方法提取主成分。先采用KPCA方法把人脸数据映射到高维空间,进而在高维空间中提取人脸的主成分,其中核函数为多项式核函数;然后引入测地距离替换原来的欧氏距离进行相似度量,其能更准确地测量出两像素点间的实际距离,使得人脸识别率受表情变化影响小。该方法不但可以实现降维,而且还能达到有效提取特征的目的。在ORL人脸库上的实验结果表明,该方法的识别率明显优于PCA、KPCA等方法的识别率。     

基于特征化字典的低秩表示人脸识别

针对现有低秩表示（LRR）算法中全局与局部人脸特征信息融合不足的问题,提出了一种新的人脸识别算法——基于特征化字典的低秩表示（LRR-CD）。首先,将每张人脸照片表示成一个个特征化字典的集合,然后同时最小化基于训练样本的低秩重构特征系数以及与之相对应的类内特征差异。为了获得高效且具有高判别性的人脸图像的特征块重构系数矩阵,提出了一种新的数学公式模型,通过同时求解训练样本中相对应的特征块以及对应的类内特征差异词典的低秩约束问题,尽可能完整地保留原始高维人脸图像中的全局和局部信息,尤其是局部类内差异特征。另外,由于对特征块中信息的充分挖掘,所提算法对于一般程度上的面部遮挡和光照等噪声影响具有良好的鲁棒性。在AR、CMU-PIE和Extended Yale B人脸数据库进行多项对比实验,由实验结果可知LRR-CD相较于对比的稀疏表示（SRC）、协从表示（CRC）、低秩表示正规切（LRR-NCUT）和低秩递归最小二乘（LRR-RLS）算法在平均识别率上有2.58~17.24个百分点的提高。实验结果表明LRR-CD性能优于与之对比的算法,可以更高效地用于人脸全局和局部特征信息的融合,且具有优良的识别率。