一种改进Hausdorff距离和谱聚类的车辆轨迹模式学习方法

为了对交通监控视频中的异常行为进行检测,需要对车辆的运动轨迹进行分析,但由于噪声、遮挡等原因,不可能获得完整的运动轨迹,导致分析结果不准确。针对此类问题,提出基于改进Hausdorff距离和谱聚类的轨迹聚类方法,首先对提取到的轨迹进行预处理,然后利用改进的Hausdorff距离进行轨迹相似度度量,最后通过谱聚类方法对距离矩阵进行聚类,得到符合实际情况的聚类结果。实验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性和有效性。     

实时视频中的车辆运动轨迹的提取和聚类

利用运动物体轨迹的方向性、运动性和相互关系等典型特征对物体的运动轨迹进行聚类。首先利用改进的加权矢量Hausdorff距离作为度量运动物体轨迹相似度的方法,从而使之适用于空间距离有差别的运动物体轨迹的谱聚类问题;然后基于等周分割（ISO）算法,构造轨迹相似度矩阵,完成轨迹的粗聚类;最后利用轨迹的方向性特征和轨迹类间距对轨迹进行二次聚类,得到最终的轨迹聚类结果。     

基于传递距离的谱聚类算法

谱聚类算法受到度量中尺度因子的影响,同时传统谱聚类算法通过欧氏距离度量样本间相似性也不准确。针对上述问题,提出一种基于传递距离的谱聚类算法。算法首先通过改进传统谱聚类中的度量方式,用基于传递距离的度量方式度量样本间相似性,并构建传递矩阵,接着用传递矩阵做相似度变换构建拉普拉斯矩阵,最终通过求特征值和特征向量完成聚类。基于传递距离的谱聚类算法在人工数据集及UCI数据集上均取得了良好的聚类结果,具有较好的鲁棒性和有效性。     

基于距离度量学习的集成谱聚类

无监督学习聚类算法的性能依赖于用户在输入数据集上指定的距离度量,该距离度量直接影响数据样本之间的相似性计算,因此,不同的距离度量往往对数据集的聚类结果具有重要的影响。针对谱聚类算法中距离度量的选取问题,提出一种基于边信息距离度量学习的谱聚类算法。该算法利用数据集本身蕴涵的边信息,即在数据集中抽样产生的若干数据样本之间是否具有相似性的信息,进行距离度量学习,将学习所得的距离度量准则应用于谱聚类算法的相似度计算函数,并据此构造相似度矩阵。通过在UCI标准数据集上的实验进行分析,结果表明,与标准谱聚类算法相比,该算法的预测精度得到明显提高。     

基于有效距离的谱聚类算法

在现有多种距离度量和传统谱聚类算法的基础上,提出了一种新的基于有效距离的谱聚类算法(spectral clustering based on effective distance,SCED)。SCED算法通过稀疏重构系数来构建样本与样本之间的有效距离,从而代替传统谱聚类算法中的欧氏距离,进行样本之间的相似度评估。与传统距离度量相比,有效距离不仅利用了样本对之间的距离信息,同时考虑了目标样本与其他所有相关样本之间的距离信息,因而该距离度量具有全局特性。在UCI标准数据集上的实验结果表明,SCED算法能有效提高聚类效果。     

交通监控中运动目标轨迹的距离计算和聚类

对交通监控中运动目标的轨迹距离计算和聚类方法进行了改进.在轨迹距离计算中,引入目标的空间坐标、运动速度、运动方向和尺寸4个参数,以提高聚类时对不同位置、不同速度、不同方向和不同尺寸运动目标的轨迹的区分能力;针对交通目标运动轨迹比较规律的特点,采用基于统计的方法对K均值的轨迹聚类算法进行初始化,从而可以自适应的确定聚类数目K值和聚类初始中心.在真实场景下,验证了算法的有效性和适用性.     

结合度量融合和地标表示的自编码谱聚类算法

针对大多数现有谱聚类算法处理大规模数据集时面临聚类精度低、大规模相似度矩阵存储开销大的问题,提出一种结合度量融合和地标表示的自编码谱聚类算法。引入相对质量概念进行节点评估,选取最具代表性的点作为地标点,通过稀疏表示近似获得图相似度矩阵,以降低存储开销。同时考虑到近邻样本的几何分布和拓扑分布的信息,融合欧氏距离与Kendall Tau距离来度量地标点与其他样本之间的相似度,提高聚类精度;以栈式自编码器取代拉普拉斯矩阵特征分解,将所获得的相似度矩阵作为自编码器的输入,通过联合学习嵌入表示和聚类来进一步提高聚类精度。在5个大规模数据集上的实验验证了本文算法的有效性。     

基于轨迹聚类的公共安全异常检测

公共安全异常检测的需求越来越迫切,监控中基于轨迹聚类的检测方法越来越流行,但是现有方法在处理高维不等长轨迹数据时效果并不理想。提出一个新的轨迹聚类方法,该方法通过组合动态时间弯曲和密度峰算法实现。动态时间弯曲用于度量轨迹间的距离,密度峰算法根据距离进行聚类。前者可直接度量不等长轨迹聚类,后者是近年提出的非球体分布数据聚类算法,以局部密度和最近邻聚类组合实现。实验在PETS2006监控视频数据集上进行,测试结果表明该方法有效地发现了异常的轨迹行为模式。     

基于改进密度峰值聚类算法的轨迹行为分析

为了深入挖掘校园无线网络轨迹行为数据信息,采用基于密度的聚类方法对校园内用户的轨迹行为进行特征聚类。由于基于密度的聚类算法通常采用距离作为相似性度量方式,为了有效衔接此类聚类算法,先将用户相似度矩阵通过转换函数转变为距离矩阵。引入离群点检测算法,将离群点检测算法与聚类算法相结合,减少参数的输入个数,增加聚类的聚合程度。改进后的聚类算法可以有效检测出数据轨迹的异常,帮助高校通过对学生上网记录的处理找到浏览信息与大部分同学不一致的人,缩小目标范围,进行有针对性的处理。通过定性分析和实验对比验证,确定两种基于离群点检测的共享最近邻的快速搜索密度峰值聚类适用于校园无线网络行为轨迹相似度矩阵的处理,邓恩指数等聚类内部指标及整体性能优于同类算法。     

粒子群算法优化归一化划分的彩色图像分割

为克服谱聚类算法求解归一化彩色图像划分时计算复杂度高、寻优能力差的不足,先对彩色图像各通道进行模糊C均值聚类,综合各通道聚类结果获得待分割图像,构造无向带权图;再使用二进制离散化粒子群算法替代谱聚类算法求解归一化划分准则的最小值,最后通过最优粒子获得分割结果。实验表明该方法耗时少,能完整准确地提取彩色图像中的目标。     

基于模糊聚类的图书目录查询方法研究

在此提出一种基于模糊聚类的目录查询新方法,该方法基于模糊C均值聚类算法,并结合了编辑距离算法。针对传统的模糊C均值聚类算法的聚类结果不稳定性问题,引入了高权样本点集;并且在处理聚类过程中的边界值归属不足问题,引入编辑距离算法。     

一种基于SimRank得分的谱聚类算法

传统的谱聚类算法在建立相似度矩阵时仅考虑数据点与点的距离,忽略了数据点之间隐含的内在联系。针对这一问题,提出了一种基于SimRank的谱聚类算法。该算法首先用无向图数据建立邻接矩阵,并计算出基于SimRank的相似度矩阵;然后根据相似度矩阵建立拉普拉斯矩阵表达式,对其进行归一化后再进行谱分解;最后对分解得到的特征向量进行k-means聚类。在Zoo等UCI标准数据集上的实验结果表明,所提算法在聚类精确度、标准互信息和纯度3个评价指标上均优于现有的LRR(Low Rank Rrepresentation)等基于距离相似度的谱聚类算法。     

基于轮廓系数的参数无关空中交通轨迹聚类方法

为消除专家经验的主观性、避免依赖轨迹特征并且减轻实验调参的负担，提出一种基于轮廓系数的参数无关聚类分析（PICBASIC）算法。首先，比较了现有基于欧氏距离的航迹配对方法，并且建立基于动态时间弯曲（DWT）距离和高斯核函数的轨迹相似度计算模型；其次，利用谱聚类对空中交通轨迹进行聚类划分；最后，提出一种基于轮廓系数的最佳簇数寻优方法，并且其具有对聚类结果量化评价功能。利用真实进场轨迹进行实验验证，PICBASIC判断将28L跑道的365条轨迹聚为5个簇，28R跑道的530条轨迹聚为6个簇时聚类质量最佳，平均轮廓系数分别为0.8099和0.8056。相同实验数据条件下，PICBASIC与MeanShift聚类的平均轮廓系数差异率分别为-1.23%和0.19%。实验结果表明：PICBASIC包容轨迹的速度和长度差异，全程无需人工指导或实验调参，而且能够筛除异常轨迹对聚类质量的不利影响。     

基于相似性分析的软件构件聚类研究

设计了一种对基于XML描述的软件构件进行聚类的算法（即基于模拟退火的构件聚类算法）,该算法通过模拟金属退火基本原理对构件库中的软件构件聚类进行全局优化.构件聚类时,根据一般意义的树间编辑距离,提出一种用于判断基于XML描述的构件间是否相似的度量测度（称为XML编辑距离）.利用XML编辑距离,可将构件间相似性度量的时间复杂度限制在多项式级,且能保持构件的XML描述文档的节点语义信息和节点间的祖孙嵌套关系.最后,在构件库测试模型上进行实验,结果证实了基于模拟退火的构件聚类算法在构件查询实践中的可行性和有效性.     

A metric normalization of tree edit distance

Traditional normalized tree edit distances do not satisfy the triangle inequality. We present a metric normalization method for tree edit distance, which results in a new normalized tree edit distance fulfilling the triangle inequality, under the condition that the weight function is a metric over the set of elementary edit operations with all costs of insertions/deletions having the same weight. We prove that the new distance, in the range [0, 1], is a genuine metric as a simple function of the sizes of two ordered labeled trees and the tree edit distance between them, which can be directly computed through tree edit distance with the same complexity. Based on an efficient algorithm to represent digits as ordered labeled trees, we show that the normalized tree edit metric can provide slightly better results than other existing methods in handwritten digit recognition experiments using the approximating and eliminating search algorithm (AESA) algorithm.     

公理化模糊共享近邻自适应谱聚类算法

针对传统的谱聚类算法通常利用高斯核函数作为相似性度量,且单纯以距离决定相似性不能充分表现原始数据中固有的模糊性、不确定性和复杂性,导致聚类性能降低的问题。提出了一种公理化模糊共享近邻自适应谱聚类算法,首先结合公理化模糊集理论提出了一种模糊相似性度量方法,利用识别特征来衡量更合适的数据成对相似性,然后采用共享近邻的方法发现密集区域样本点分布的结构和密度信息,并且根据每个点所处领域的稠密程度自动调节参数σ,从而生成更强大的亲和矩阵,进一步提高聚类准确率。实验表明,相较于距离谱聚类、自适应谱聚类、模糊聚类方法和地标点谱聚类,所提算法有着更好的聚类性能。     

面向大文本数据集的间接谱聚类

针对谱聚类存在计算瓶颈的问题,提出了一种快速的集成算法,称为间接谱聚类。它首先运用K-Means算法对数据集进行过分聚类,然后把每个过分簇看成一个基本对象,最后在过分簇的级别上利用标准谱聚类来完成总体的聚类。将该思想应用于大文本数据集的聚类问题后,过分簇中心之间的相似性度度量方法可以采用常用的余弦距离法。在20-Newgroups文本数据上的实验结果表明：间接谱聚类算法在聚类准确性上比K-Means算法平均高出14.72%;比规范割谱聚类仅低0.88%,但算法所需的计算时间平均不到规范割谱聚类的1/16,且随着数据集的增大当规范割谱聚类遭遇计算瓶颈时,提出的算法却能快速地给出次优解。     

密度敏感的层次化聚类算法研究

以密度敏感距离作为相似性测度,结合近邻传播聚类算法和谱聚类算法,提出了一种密度敏感的层次化聚类算法。算法以密度敏感距离为相似度,多次应用近邻传播算法在数据集中选取一些“可能的类代表点”;用谱聚类算法将“可能的类代表点”再聚类得到“最终的类代表点”;每个数据点根据其类代表点的类标签信息找到自己的类标签。实验结果表明,该算法在处理时间、内存占用率和聚类错误率上都优于传统的近邻传播算法和谱聚类算法。     

An analysis of alignment and integral based kernels for machine learning from vessel trajectories

In this paper we present an analysis of the application of the two most important types of similarity measures for moving object trajectories in machine learning from vessel movement data. These similarities are applied in the tasks of clustering, classification and outlier detection. The first similarity type are alignment measures, such as dynamic time warping and edit distance. The second type are based on the integral over time between two trajectories. Following earlier work we define these measures in the context of kernel methods, which provide state-of-the-art, robust algorithms for the tasks studied. Furthermore, we include the influence of applying piecewise linear segmentation as pre-processing to the vessel trajectories when computing alignment measures, since this has been shown to give a positive effect in computation time and performance.In our experiments the alignment based measures show the best performance. Regular versions of edit distance give the best performance in clustering and classification, whereas the softmax variant of dynamic time warping works best in outlier detection. Moreover, piecewise linear segmentation has a positive effect on alignments, due to the fact that salient points in a trajectory, especially important in clustering and outlier detection, are highlighted by the segmentation and have a large influence in the alignments. Based on our experiments, integral over time based similarity measures are not well-suited for learning from vessel trajectories.