自动确定聚类中心的密度峰聚类

密度峰聚类是一种新的基于密度的聚类算法,该算法不需要预先指定聚类数目,能够发现非球形簇。针对密度峰聚类算法需要人工确定聚类中心的缺陷,提出了一种自动确定聚类中心的密度峰聚类算法。首先,计算每个数据点的局部密度和该点到具有更高密度数据点的最短距离;其次,根据排序图自动确定聚类中心;最后,将剩下的每个数据点分配到比其密度更高且距其最近的数据点所属的类别,并根据边界密度识别噪声点,得到聚类结果。将新算法与原密度峰算法进行对比,在人工数据集和UCI数据集上的实验表明,新算法不仅能够自动确定聚类中心,而且具有更高的准确率。     

适合多密度的DBSCAN改进算法

针对具有噪声的基于密度的空间聚类(DBSCAN)算法使用固定参数Eps和Minpts,导致多密度的数据聚类效果不理想的问题,提出了一种适合多密度的DBSCAN改进算法.对数据进行预处理,识别出每个数据对象周围的密度,据此自动生成适合本区域密度的密度阈值.聚类结束前,采用密度阈值进行扩展聚类;进行下一个簇的聚类时自动生成适合本区域的密度阈值,依次进行,直到达到聚类停止条件.大量实验表明:所提算法能有效地对多密度,任意形状的数据进行聚类.     

针对非均匀数据集的DBSCAN过滤式改进算法*

针对在数据分布不均匀时,由于DBSCAN使用统一的全局变量,使得聚类的效果差,提出了一种基于过滤的DBSCAN算法。该算法的思想是：在调用传统的DBSCAN算法前,先对数据集进行预处理,针对所有点的k-dist数据进行一维聚类,自动计算出不同的Eps;然后再根据每个Eps分别调用传统的DBSCAN算法,从而找出非均匀数据集的各种聚类。实验结果表明,改进算法对密度不均匀的数据能够有效聚类。     

基于相对密度的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法在处理密度不均匀的数据集时易将低密度簇划分到高密度簇中或将高密度簇分为多个子簇,且在样本点分配过程中存在误差传递问题。提出一种基于相对密度的密度峰值聚类算法。引入自然最近邻域内的样本点信息,给出新的局部密度计算方法并计算相对密度。在绘制决策图确定聚类中心后,基于对簇间密度差异的考虑,提出密度因子计算各个簇的聚类距离,根据聚类距离对剩余样本点进行划分,实现不同形状、不同密度数据集的聚类。在合成数据集和真实数据集上进行实验,结果表明,该算法的FMI、ARI和NMI指标较经典的密度峰值聚类算法和其他3种聚类算法分别平均提高约14、26和21个百分点,并且在簇间密度相差较大的数据集上能够准确识别聚类中心和分配剩余的样本点。     

基于数据场的改进DBSCAN聚类算法

DBSCAN(density based spatial clustering of applications with noise)算法是一种典型的基于密度的聚类算法。该算法可以识别任意形状的类簇,但聚类结果依赖于参数Eps和MinPts的选择,而且对于一些密度差别较大的数据集,可能得不到具有正确类簇个数的聚类结果,也可能将部分数据错分为噪声。为此,利用数据场能较好描述数据分布,反映数据关系的优势,提出了一种基于数据场的改进DBSCAN聚类算法。该算法引入平均势差的概念,在聚类过程中动态地确定每个类的Eps和平均势差,从而能够在一些密度相差较大的数据集上得到较好的聚类结果。实验表明,所提算法的性能优于DBSCAN算法。     

罚处共享最近邻密度峰聚类算法

为解决传统密度峰聚类算法容易忽略低密度簇中心以及难以自动选择聚类中心的问题,提出罚处共享最近邻密度峰聚类算法.设计罚处系数,减少高密度簇中非中心点的共享最近邻局部密度值,降低低密度簇中心点被忽视的机率;采用迭代阈值法实现簇中心点的自动选择.在人工数据集、UCI真实数据集以及图像数据集上进行仿真实验,其结果表明,该算法能找到数据集的簇中心和簇数目,聚类精度优于相比较的其它算法,该算法是可行的、有效的.     

改进的自适应参数DBSCAN聚类算法

针对传统DBSCAN算法需要人工输入[Eps]和[MinPts]参数，且参数选择不合理导致聚类准确率低的问题，提出了一种改进的自适应参数密度聚类算法。采用核密度估计确定[Eps]和[MinPts]参数的合理区间，通过分析数据局部密度特点确定簇数，根据合理区间内的参数值进行聚类，计算满足簇数条件时的轮廓系数，最大轮廓系数对应的参数即为最优参数。在4种经典数据集上进行对比实验，结果表明，该算法能够自动选择最优的[Eps]和[MinPts]参数，准确率平均提高6.1%。     

密度峰值优化初始中心的K-medoids聚类算法

针对快速K-medoids聚类算法和方差优化初始中心的K-medoids聚类算法存在需要人为给定类簇数,初始聚类中心可能位于同一类簇,或无法完全确定数据集初始类簇中心等缺陷,受密度峰值聚类算法启发,提出了两种自适应确定类簇数的K-medoids算法。算法采用样本x i的t最近邻距离之和倒数度量其局部密度ρi,并定义样本x i的新距离δi,构造样本距离相对于样本密度的决策图。局部密度较高且相距较远的样本位于决策图的右上角区域,且远离数据集的大部分样本。选择这些样本作为初始聚类中心,使得初始聚类中心位于不同类簇,并自动得到数据集类簇数。为进一步优化聚类结果,提出采用类内距离与类间距离之比作为聚类准则函数。在UCI数据集和人工模拟数据集上进行了实验测试,并对初始聚类中心、迭代次数、聚类时间、Rand指数、Jaccard系数、Adjusted Rand index和聚类准确率等经典聚类有效性评价指标进行了比较,结果表明提出的K-medoids算法能有效识别数据集的真实类簇数和合理初始类簇中心,减少聚类迭代次数,缩短聚类时间,提高聚类准确率,并对噪音数据具有很好的鲁棒性。     

Greedy DBSCAN:一种针对多密度聚类的DBSCAN改进算法*

针对基于密度的DBSCAN算法对于输入参数敏感、无法聚类多密度数据集等问题,提出了一种贪心的DBSCAN改进算法（Greedy DBSCAN）。算法仅需输入一个参数MinPts,采用贪心策略自适应地寻找Eps半径参数进行簇发现,利用相对稠密度识别和判定噪声数据,在随机寻找核对象过程中使用邻域查询方式提升算法效率,最终通过簇的合并产生最终的聚类结果。实验结果表明,改进后的算法能有效地分离噪声数据,识别多密度簇,聚类准确度较高。     

一种基于逆近邻和影响空间的DBSCAN聚类分析算法

密度聚类是数据挖掘和机器学习中最常用的分析方法之一,无须预先指定聚类数目就能够发现非球形聚类簇,但存在无法识别不同密度的相邻聚类簇等问题。采用逆近邻和影响空间的思想,提出一种密度聚类分析算法。利用欧氏距离计算数据对象的K近邻与逆近邻,依据逆近邻识别其核心对象,并确定其核心对象的影响空间;利用逆近邻和影响空间,重新定义密度聚类簇扩展条件,并通过广度优先遍历搜索核心对象的影响空间,形成密度聚类簇,有效解决了无法区分不同密度相邻聚类簇等不足,提高了密度聚类分析效果和效率。基于UCI和人工数据集实验验证了该算法的有效性。     

面向密度分布不均数据的近邻优化密度峰值聚类算法

密度分布不均数据是指类簇间样本分布疏密程度不同的数据.密度峰值聚类(DPC)算法在处理密度分布不均数据时,倾向于在密度较高区域内找到类簇中心,并易将稀疏类簇的样本分配给密集类簇.为避免上述缺陷,提出一种面向密度分布不均数据的近邻优化密度峰值聚类(DPC-NNO)算法.DPC-NNO算法结合逆近邻和k近邻定义新的局部密度,提高稀疏样本的局部密度,使算法能更准确地找到类簇中心;定义分配策略时引入共享近邻,计算样本间相似性,构造相似矩阵,使同一类簇样本联系更紧密,避免错误分配样本.将所提出的DPC-NNO算法与IDPC-FA、DPCSA、FNDPC、FKNN-DPC、DPC算法进行对比,实验结果表明,DPC-NNO算法在处理密度分布不均数据时能获得优异的聚类效果,对于复杂数据集和UCI数据集,DPC-NNO算法的综合性能优于对比算法.     

A k-means type clustering algorithm for subspace clustering of mixed numeric and categorical datasets

Almost all subspace clustering algorithms proposed so far are designed for numeric datasets. In this paper, we present a k-means type clustering algorithm that finds clusters in data subspaces in mixed numeric and categorical datasets. In this method, we compute attributes contribution to different clusters. We propose a new cost function for a k-means type algorithm. One of the advantages of this algorithm is its complexity which is linear with respect to the number of the data points. This algorithm is also useful in describing the cluster formation in terms of attributes contribution to different clusters. The algorithm is tested on various synthetic and real datasets to show its effectiveness. The clustering results are explained by using attributes weights in the clusters. The clustering results are also compared with published results.     

一种改进的SUBCLU高维子空间聚类算法

SUBCLU高维子空间聚类算法在自底向上搜索最大兴趣子空间类的过程中不断迭代产生中间类,这些中间类的产生消耗了大量时间,针对这一问题,提出改进算法BDFS-SUBCLU,采用一种带回溯的深度优先搜索策略来挖掘最大兴趣子空间中的类,通过这种策略避免了中间类的产生,降低了算法的时间复杂度。同时BDFS-SUBCLU算法在子空间中对核心点增加一种约束,通过这个约束条件在一定程度上避免了聚类过程中相邻的类由于特殊的数据点合为一类的情况。在仿真数据集和真实数据集上的实验结果表明BDFS-SUBCLU算法与SUBCLU算法相比,效率和准确性均有所提高。     

基于密度峰值的混合型数据聚类算法设计

针对k-prototypes算法无法自动识别簇数以及无法发现任意形状的簇的问题,提出一种针对混合型数据的新方法：寻找密度峰值的聚类算法。首先,把CFSFDP（Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks）聚类算法扩展到混合型数据集,定义混合型数据对象之间的距离后利用CFSFDP算法确定出簇中心,这样也就自动确定了簇的个数,然后其余的点按照密度从大到小的顺序进行分配。其次,研究了该算法中阈值（截断距离）及权值的选取问题：对于密度公式中的阈值,通过计算数据场中的势熵来自动提取;对于距离公式中的权值,利用度量数值型数据集和分类型数据集聚类趋势的统计量来定义。最后通过在三个实际混合型数据集上的测试发现：与传统k-prototypes算法相比,寻找密度峰值的聚类算法能有效提高聚类的精度。     

一种基于克隆选择的聚类算法

将克隆选择原理同典型的划分聚类方法结合起来,提出一种克隆选择聚类算法.该算法具有完成任意形状数据集聚类的能力,可以自动确定簇的数目并得到簇的描述信息,计算量小,参数设置容易,适用于具有实值连续属性的数据集.基于模拟数据集和基准数据集分别进行实验,结果表明该算法是有效的.     

基于概率模型的非均匀数据聚类算法

针对传统K-means型算法的"均匀效应"问题,提出一种基于概率模型的聚类算法。首先,提出一个描述非均匀数据簇的高斯混合分布模型,该模型允许数据集中同时包含密度和大小存在差异的簇;其次,推导了非均匀数据聚类的目标优化函数,并定义了优化该函数的期望最大化（EM）型聚类算法。分析结果表明,所提算法可以进行非均匀数据的软子空间聚类。最后,在合成数据集与实际数据集上进行的实验结果表明,所提算法有较高的聚类精度,与现有K-means型算法及基于欠抽样的算法相比,所提算法获得了5%~50%的精度提升。     

基于网格和最近邻居的聚类算法

针对目前已有的聚类算法不能很好地处理包含不同密度的簇数据,或者不能很好地区分相邻的密度相差不大的簇的问题,提出1种新的基于严格最近邻居和共享最近邻居的聚类算法．通过构造共享严格最近邻图,使样本点在密度一致的区域保持连接,而在密度不同的相邻区域断开连接,并尽可能去除噪声点和孤立点．该算法可以处理包含有不同密度的簇数据,而且在处理高维数据时具有较低的时间复杂度、实验结果证明,该算法能有效找出不同大小、形状和密度的聚类．     

一种基于相对密度和决策图的聚类算法

聚类是数据挖掘领域的一个重要研究方向,针对复杂数据集中存在的簇间密度不均匀、聚类形态多样、聚类中心的识别等问题,引入样本点k近邻信息计算样本点的相对密度,借鉴快速搜索和发现密度峰值聚类(CFSFDP)算法的簇中心点识别方法,提出一种基于相对密度和决策图的聚类算法,实现对任意分布形态数据集聚类中心快速、准确地识别和有效聚类.在7类典型测试数据集上的实验结果表明,所提出的聚类算法具有较好的适用性,与经典的DBSCAN算法和CFSFDP等算法相比,在没有显著提高时间复杂度的基础上,聚类效果更好,对不同类型数据集的适应性也更广.     

SPARCL: an effective and efficient algorithm for mining arbitrary shape-based clusters

Clustering is one of the fundamental data mining tasks. Many different clustering paradigms have been developed over the years, which include partitional, hierarchical, mixture model based, density-based, spectral, subspace, and so on. The focus of this paper is on full-dimensional, arbitrary shaped clusters. Existing methods for this problem suffer either in terms of the memory or time complexity (quadratic or even cubic). This shortcoming has restricted these algorithms to datasets of moderate sizes. In this paper we propose SPARCL, a simple and scalable algorithm for finding clusters with arbitrary shapes and sizes, and it has linear space and time complexity. SPARCL consists of two stages—the first stage runs a carefully initialized version of the Kmeans algorithm to generate many small seed clusters. The second stage iteratively merges the generated clusters to obtain the final shape-based clusters. Experiments were conducted on a variety of datasets to highlight the effectiveness, efficiency, and scalability of our approach. On the large datasets SPARCL is an order of magnitude faster than the best existing approaches.     

基于HMM的频率敏感聚类方法PIFS-HMM

隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)被广泛地应用于信号处理和模式识别中.当将其应用于聚类时,HMM的训练是一个非常重要的问题.特别是对数据不均衡的数据集,传统的模型训练方法存在使某些类为空类,类中数据偏少等缺点.针对这一特殊问题,提出了基于频率敏感的聚类方法PIFS-HMM,其目的在于提高模型训练的有效性,使聚类结果均衡.实验结果证实了提出方法的有效性.