密度敏感的数据竞争聚类算法

针对数据竞争聚类算法在处理复杂结构数据集时聚类性能不佳的问题,提出了一种密度敏感的数据竞争聚类算法。首先,在密度敏感距离测度的基础上定义了局部距离,以描述数据分布的局部一致性;其次,在局部距离的基础上计算出数据间的全局距离,用来描述数据分布的全局一致性,挖掘数据的空间分布信息,以弥补欧氏距离描述数据分布全局一致性能力不佳的缺陷;最后,将全局距离用于数据竞争聚类算法中。将新算法与基于欧氏距离的数据竞争聚类算法进行性能比较,在人工数据集和真实数据集上的实验结果表明,该算法克服了数据竞争聚类算法难以处理复杂结构数据的缺点,聚类结果具有更高的准确率。     

一种基于流形距离核的谱聚类算法

针对标准谱聚类算法中,基于欧氏距离的相似性度量不能完全反映数据聚类复杂的空间分布特性的问题,提出了一种基于流形距离核的谱聚类算法.它能充分挖掘数据集中的内在结构信息,较好地反映局部和全局一致性,并且可以很好地防止"桥"噪声点的影响,提高算法的聚类性能.与传统的聚类算法和常见谱聚类算法进行了比较,在人工数据集和UCI数据集上的实验都验证了本算法能够获得更好的聚类效果.     

基于相对密度和流形上k近邻的聚类算法

针对传统的基于欧氏距离的相似性度量不能完全反映复杂结构的数据分布特性的问题,提出了一种基于相对密度和流形上k近邻的聚类算法。基于能描述全局一致性信息的流形距离,及可体现局部相似性和紧密度的k近邻概念,通过流形上k近邻相似度度量数据对象间的相似性,采用k近邻的相对紧密度发现不同密度下的类簇,设计近邻点对约束规则搜寻k近邻点对构成的近邻链,归类数据对象及识别离群点。与标准k-means算法、流形距离改进的k-means算法进行了性能比较,在人工数据集和UCI数据集上的仿真实验结果均表明,该算法能有效地处理复杂结构的数据聚类问题,且聚类效果更好。     

一种改进的谱聚类算法

谱聚类算法是基于谱图理论的一类新的聚类算法,能对任意形状的数据进行划分,已经被成功应用到图像分割等领域.但谱聚类很难正确发现密度相差比较大的簇,参数的选取要靠多次实验和个人经验.结合DBSCAN的思想,充分考虑数据的局部结构,提出了一种基于近邻自适应尺度的改进谱聚类算法.其基本思想是根据数据点的近邻分布,对每个点设置一个近邻自适应尺度,代替标准谱聚类算法中的全局统一尺度.近邻自适应尺度简化了参数的选取,使得新算法对密度的变化不敏感,对离群点有一定的鲁棒性,同时比标准谱聚类更适合任意形状的数据分布.通过与传统的聚类算法和常见的谱聚类算法做比较,在人工数据集和实际数据集UCI上的实验都验证了本算法能够获得更好的聚类效果.     

自然反向最近邻优化的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法是一种基于密度的聚类算法.针对密度峰值聚类算法存在的参数敏感和对复杂流形数据得到的聚类结果较差的缺陷,提出一种新的密度峰值聚类算法,该算法基于自然反向最近邻结构.首先,该算法引入反向最近邻计算数据对象的局部密度;其次,通过代表点和密度相结合的方式选取初始聚类中心;然后,应用密度自适应距离计算初始聚类中心之间的距离,利用基于反向最近邻计算出的局部密度和密度自适应距离在初始聚类中心上构建决策图,并通过决策图选择最终的聚类中心;最后,将剩余的数据对象分配到距离其最近的初始聚类中心所在的簇中.实验结果表明,该算法在合成数据集和UCI真实数据集上与实验对比算法相比较,具有较好的聚类效果和准确性,并且在处理复杂流形数据上的优越性较强.     

基于二阶k近邻的密度峰值聚类算法研究

密度峰值聚类(DPC)是近年来提出的一种新的密度聚类算法,算法的核心是基于局部密度和相对距离,通过画出决策图,人为选定聚类中心,进而完成聚类.DPC算法利用截断距离计算局部密度,本质上只考虑了周围近邻节点的数量,且算法采用单步分配策略,一定程度上限制了算法对任意数据集的计算精度和有效性.针对上述问题,提出基于二阶k近邻的密度峰值聚类算法(SODPC).算法通过引入节点的二阶k近邻,计算直接密度和间接密度,重新定义局部密度的计算方式.在此基础上,定义非中心节点的多步骤分配策略完成聚类.通过人工和真实数据的测试,证明了该算法对不规则、密度不均匀的数据集具有较好的聚类效果.     

基于残差分析的混合属性数据聚类算法

针对混合属性数据聚类结果精度不高、聚类结果对参数敏感等问题, 提出了基于残差分析的混合属性数据聚类算法(Clustering algorithm for mixed data based on residual analysis) RA-Clust.算法以改进的熵权重混合属性相似性度量对象间的相似性, 以提出的基于KNN和Parzen窗的局部密度计算方法计算每个对象的密度, 通过线性回归和残差分析进行聚类中心预选取, 然后以提出的聚类中心目标优化模型确定真正的聚类中心, 最后将其他数据对象按照距离高密度对象的最小距离划分到相应的簇中, 形成最终聚类.在合成数据集和UCI数据集上的实验结果验证了算法的有效性.与同类算法相比, RA-Clust具有较高的聚类精度.     

融入局部几何特征的流形谱聚类图像分割

为了改善谱聚类图像分割的精准性和时效性,文中提出融入局部几何特征的流形谱聚类图像分割算法.首先,考虑图像数据的流形结构,在数据点的K近邻域内执行局部PCA,得到数据间本征维数的关系.然后,引入流形学习中的局部线性重构技术,通过混合线性分析器得到数据间局部切空间的相似性,结合二者构造含有局部几何特征的相似性矩阵.再利用Nystr m技术逼近待分割图像的特征向量,对构造的k个主特征向量执行谱聚类.最后,在Berkeley数据集上的对比实验验证文中算法的准确性和时效性优势.     

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。     

基于最小生成树的分割区域密度聚类算法

针对传统密度聚类算法因使用全局变量导致对不平衡数据集的适应能力较差的问题,提出了一种基于最小生成树的密度聚类算法.首先进行数据集密度峰值计算,用于估计全局密度;然后通过密度聚类将数据集划分为高密度区域和低密度区域;接着构建和分割最小生成树对低密度区域内样本进行关联挖掘,用于将高密度区域与低密度区域互联;最后计算簇密度并以此作为特征进行簇合并,得到聚类结果.该算法结合图论知识,将数据按密度特征进行分块后合并处理,克服了传统密度聚类算法存在的局限性.通过选取多个不平衡人工数据集和UCI数据集对该算法进行测试,验证了该算法的有效性与鲁棒性.     

基于共享最近邻的密度自适应邻域谱聚类算法

在谱聚类算法没有先验信息的情况下,对于具有复杂形状和不同密度变化的数据集很难构建合适的相似图,且基于欧氏距离的高斯核函数的相似性度量忽略了全局一致性。针对该问题,提出一种基于共享最近邻的密度自适应邻域谱聚类算法（SC-DANSN）。通过一种无参数的密度自适应邻域构建方法构建无向图,将共享最近邻作为衡量样本之间的相似性度量进而消除参数对构建相似图的影响,体现全局和局部的一致性。实验结果表明,SC-DANSN算法相比K-means算法和基于K最近邻的谱聚类算法（SC-KNN）具有更高的聚类精度,同时相比SC-KNN算法对参数的选取敏感性更低。     

基于密度缩放因子的ISOMAP算法

等度量映射(ISOMAP)算法是一种被广泛应用的非线性无监督降维算法,通过保持各个观测样本间的测地距离进行等距嵌入,从而实现高维空间向低维空间的坐标转换。但在实际应用中,观测数据无可避免地会存在噪声,由于测地距离的计算对噪声比较敏感,并且也没有考虑数据集的密度分布,导致ISOMAP算法降维后低维坐标表示存在几何变形。针对这一缺点,根据局部密度的思想,提出一种基于密度缩放因子的ISOMAP(Density Scaling Factor Based ISOMAP,D-ISOMAP)算法。在传统的ISOMAP算法框架下,首先,针对每个观测样本计算一个局部密度缩放因子;然后,在测地距离的计算过程中,将直接相邻的两个样本之间的测地距离除以这两个样本密度缩放因子的乘积;最后,通过最短路径算法求得改进后的距离矩阵,并对其进行降维处理。改进的测地距离在密度较大的区域被缩小,而在密度较小的区域被放大,这样可以减小噪声对降维效果的影响,提升可视化和聚类效果。人工数据集和UCI数据集上的实验结果表明,在数据集的可视化和聚类效果方面, D-ISOMAP算法较经典的无监督降维算法具有一定的优势。     

基于改进流形距离和人工蜂群的二阶段聚类算法

以改进的流形距离为相似度测度, 结合人工蜂群算法, 提出一种二阶段聚类算法. 首先根据局部密度、最大最小距离和近邻选择对数据集初步归类并得到簇代表点; 然后将聚类归属为优化问题, 通过改进的蜂群算法对簇代表点及没归类的样本点较快地搜索到最优聚类中心, 同时根据流形距离的全局一致性特征, 对样本进行精确的类别划分; 最后将两阶段算法综合归类. 实验结果表明, 所提出的算法可以获得良好的聚类效果.

     

基于自然最近邻的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法(Density Peaks Clustering,DPC)需要人为指定截断距离d c,以及局部密度定义简单和一步分配策略导致算法在复杂数据集上表现不佳的问题,提出了一种基于自然最近邻的密度峰值聚类算法(Density Peaks Clustering based on Natural Nearest Neighbor,NNN-DPC)。该算法无需指定任何参数,是一种非参数的聚类方法。该算法首先根据自然最近邻的定义,给出新的局部密度计算方法来描述数据的分布,揭示内在的联系;然后设计了两步分配策略来进行样本点的划分。最后定义了簇间相似度并提出了新的簇合并规则进行簇的合并,从而得到最终聚类结果。实验结果表明,在无需参数的情况下,NNN-DPC算法在各类数据集上都有优秀的泛化能力,对于流形数据或簇间密度差异大的数据能更加准确地识别聚类数目和分配样本点。与DPC、FKNN-DPC(Fuzzy Weighted K-nearest Density Peak Clustering)以及其他3种经典聚类算法的性能指标相比,NNN-DPC算法更具优势。     

结合自然和共享最近邻的密度峰值聚类算法

基于快速搜索和寻找密度峰值聚类算法(DPC)具有无需迭代且需要较少参数的优点,但其仍然存在一些缺点:需要人为选取截断距离参数;在流形数据集上的处理效果不佳。针对这些问题,提出一种密度峰值聚类改进算法。该算法结合了自然和共享最近邻算法,重新定义了截断距离和局部密度的计算方法,并且算法融合了候选聚类中心计算概念,通过算法选出不同的候选聚类中心,然后以这些候选中心为新的数据集,再次开始密度峰值聚类,最后将剩余的点分配到所对应的候选中心点所在类簇中。改进的算法在合成数据集和UCI数据集上进行验证,并与K-means、DBSCAN和DPC算法进行比较。实验结果表明,提出的算法在性能方面有明显提升。     

基于最小生成树的密度聚类算法研究

传统DBSCAN算法对密度分布不均匀的不平衡数据集的聚类效果并不理想,同时传统算法的聚类结果对邻域半径(Eps)以及核心点阈值(MinPts)敏感。针对以上问题,改进了传统算法,提出了一种基于最小生成树的密度聚类算法(MST-DBSCAN)。由于对象之间的距离对聚类结果影响较大,为了更好地表示对象之间的距离特性,首先使用相互可达距离(mutual reachability distance)代替传统算法中的欧氏距离,表示数据集中对象与对象之间的距离,解决因密度分布不均匀导致效果不佳的问题;为了建立对象与对象之间的联系,同时保留对象之间的距离特性,引用Prim算法对数据集中的所有对象构建最小生成树;其次根据指定的簇的数目及最小簇对象数数目参数对得到的最小生成树进行剪枝;根据剪枝的结果,将剪枝后的各个部分进行聚类。在公开的UCI数据集上的实验结果表明,提出的MST-DBSCAN算法与现有DBSCAN、OPTICS、KANN-DBSCAN算法相比,在密度分布不均匀的数据集上聚类效果有所提升并且较原有传统算法有较高的聚类准确性。     

优化分配策略的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法在面对复杂结构数据集时容易出现分配错误的问题,提出一种优化分配策略的密度峰值聚类算法(ODPC)。新算法首先引入参数积γ,扩大了聚类中心的选取范围;然后使用改进的数据点分配策略,对数据集的数据点进行基于相似度指标MS的重新分配,进一步优化了簇类中点集的分配;最后使用dc近邻法优化识别数据集的噪声点。在人工数据集及UCI真实数据集上的实验均可证明,新算法能够在优化噪声识别的同时,提高复杂流形数据集中数据点分配的正确率,并取得比DPC算法、DenPEHC算法、GDPC算法更好的聚类效果。