基于聚类集成的高铁故障诊断分析

聚类集成是对若干独立基聚类器的结果进行组合,从而得到一个对原始数据最优的聚类结果.聚类集成能够减小噪声和孤立点对结果的影响,同时增强聚类结果的鲁棒性和稳定性.从3方面阐述了基于聚类集成的高铁故障诊断分析:1)将原始高铁仿真数据通过傅里叶变化把信号从时域转换到频域,再用不同的特征选择算法进行数据预处理分析;2)分别采用Affinity Propagation(AP)、模糊C均值(FCM)、高斯混合模型(EmGauussian)、Kmeans 4种不同的聚类算法对预处理后的数据进行分析比较;3)引入HGPA、MCLA、CSPA 3种不同聚类集成模型,将得到的基聚类结果分别进行集成.首次把聚类集成算法运用于高铁故障分析中,对比实验结果表明,该方法相比于单个的聚类算法能够更准确有效地进行高铁故障诊断.     

一种高效的双边聚类集成算法

谱聚类可以任意形状的数据进行聚类,在聚类集成中能够有效的提高基聚类的质量.以往的聚类集成算法中,聚类集成得到的结果并不是最终聚类结果,还需要利用聚类算法来获得最终聚类结果,在整个过程中会使得解由离散-连续-离散的转变.提出了一种基于谱聚类的双边聚类集成算法.算法首先在生成阶段使用谱聚类算法来获得基聚类,通过标准互信息来选取基聚类.将选出来基聚类和样本作为图的顶点,并对构建的图利用双边聚类算法对基聚类和样本同时聚类直接得到最终聚类结果.在实验中,将所提方法与一些聚类集成算法进行了比较,取得了较好的结果.     

基于谱聚类的聚类集成算法

谱聚类是近年来出现的一类性能优越的聚类算法,能对任意形状的数据进行聚类, 但算法对尺度参数比较敏感,利用聚类集成良好的鲁棒性和泛化能力,本文提出了基于谱聚类的聚类集成算法.该算法首先利用谱聚类算法的内在特性构造多样性的聚类成员; 然后,采用连接三元组算法计算相似度矩阵,扩充了数据点之间的相似性信息;最后,对相似度矩阵使用谱聚类算法得到最终的集成结果. 为了使算法能扩展到大规模应用,利用Nystrm采样算法只计算随机采样数据点之间以及随机采样数据点与剩余数据点之间的相似度矩阵,从而有效降低了算法的计算复杂度. 本文算法既利用了谱聚类算法的优越性能,同时又避免了精确选择尺度参数的问题.实验结果表明:较之其他常见的聚类集成算法,本文算法更优越、更有效,能较好地解决数据聚类、图像分割等问题.     

聚类集成方法研究

聚类集成通过对原始数据集的多个聚类结果进行学习和集成,得到一个能较好地反映数据集内在结构的数据划分。聚类集成能够较好地检测和处理孤立点,提高聚类结果质量。综述了聚类集成的相关知识,介绍了聚类集成的相关概念和优点;根据使用的聚类算法介绍了3种产生聚类成员方法,分析了各自的优缺点及适用条件;介绍了目前已有的一致性函数,阐述了其基本原理,并指出了其局限;最后讨论了未来的研究方向。     

基于集成学习的改进深度嵌入聚类算法

近年来深度学习的迅速发展为聚类研究提供了一个有力的工具,并衍生出了许多基于深度神经网络的聚类方法.在这些方法中,深度嵌入聚类(DEC)因其可对深度表示学习和聚类分配同时进行优化的优势而日益受到关注.但是,深度嵌入聚类的一个局限性在于其超参数λ的敏感性,而往往需要诉诸人工调节来解决.对此,提出一种基于集成学习的改进深度嵌入聚类(IDECEL)方法.相较于寻求单个最优超参数的常规做法,提出以多样化超参数λ构建一组具有差异性的基聚类,并结合熵理论对基聚类集合的簇不确定性进行评估与加权,进而在簇与样本之间构建一个局部加权二部图模型,再将之高效划分以得到一个更优聚类结果.在多个数据集上的实验结果表明,提出的IDECEL方法不仅可缓解常规DEC算法超参数敏感性的问题,同时也表现出比其他多个深度聚类和集成聚类方法更为鲁棒的聚类性能.     

基于数据集特点的增强聚类集成算法

当前流行的聚类集成算法无法依据不同数据集的不同特点给出恰当的处理方案,为此提出一种新的基于数据集特点的增强聚类集成算法,该算法由基聚类器的生成、基聚类器的选择与共识函数构成。该算法依据数据集的特点,通过启发式方法,选出合适的基聚类器,构建最终的基聚类器集合,并产生最终聚类结果。实验中,对ecoli,leukaemia与Vehicle三个基准数据集进行了聚类,所提出算法的聚类误差分别是0.014,0.489,0.479,同基于Bagging的结构化集成(BSEA)、异构聚类集成(HCE)和基于聚类的集成分类(COEC)算法相比,所提出算法的聚类误差始终最低;而在增加候基聚类器的情况下,所提出算法的标准化互信息(NMI)值始终高于对比算法。实验结果表明,同对比的聚类集成算法相比,所提出算法的聚类精度最高,可伸缩性最强。     

基于密度峰值的聚类集成

聚类集成的目的是为了提高聚类结果的准确性、稳定性和鲁棒性.通过集成多个基聚类结果可以产生一个较优的结果.本文提出了一个基于密度峰值的聚类集成模型,主要完成三个方面的工作: 1）在研究已有的各聚类集成算法和模型后发现各基聚类结果可以用密度表示; 2）使用改进的最大信息系数（Rapid computation of the maximal information coefficient,RapidMic）表示各基聚类结果之间的相关性,使用这种相关性来衡量原始数据在经过基聚类器聚类后相互之间的密度关系; 3）改进密度峰值（Density peaks,DP）算法进行聚类集成.最后,使用一些标准数据集对所设计的模型进行评估.实验结果表明,相比经典的聚类集成模型,本文提出的模型聚类集成效果更佳.     

基于MapReduce的K-means聚类集成

针对传统聚类算法难以高效进行海量数据聚类分析的问题,提出一种基于MapReduce框架的K-means聚类集成算法。利用K-means算法生成不同聚簇数目的基聚类结果,改进共协关系矩阵,依据数据点对出现次数进行集成,自动得出最终聚类结果。实验结果表明,该算法能够有效地改善聚类质量,具有良好的扩展性,适用于海量数据的聚类分析。     

一致性函数研究

通过把聚类集体当成一个概念型数据集,把聚类集体一致性函数问题转换成了一个普通的聚类问题,应用概念型数据聚类算法k-modes和LIMBO来进行聚类集成。实验结果证明用概念型数据聚类算法进行集成效果理想。     

解决文本聚类集成问题的两个谱算法

聚类集成中的关键问题是如何根据不同的聚类器组合为最终的更好的聚类结果. 本文引入谱聚类思想解决文本聚类集成问题, 然而谱聚类算法需要计算大规模矩阵的特征值分解问题来获得文本的低维嵌入, 并用于后续聚类. 本文首先提出了一个集成算法, 该算法使用代数变换将大规模矩阵的特征值分解问题转化为等价的奇异值分解问题, 并继续转化为规模更小的特征值分解问题; 然后进一步研究了谱聚类算法的特性, 提出了另一个集成算法, 该算法通过求解超边的低维嵌入, 间接得到文本的低维嵌入. 在TREC和Reuters文本数据集上的实验结果表明, 本文提出的两个谱聚类算法比其他基于图划分的集成算法鲁棒, 是解决文本聚类集成问题行之有效的方法.     

基于贝叶斯网络的半监督聚类集成模型

已有的聚类集算法基本上都是非监督聚类集成算法,这样不能利用已知信息,使得聚类集成的准确性、鲁棒性和稳定性降低。把半监督学习和聚类集成结合起来,设计半监督聚类集成模型来克服这些缺点。主要工作包括:第一,设计了基于贝叶斯网络的半监督聚类集成(semi-supervised cluster ensemble,简称SCE)模型,并对模型用变分法进行了推理求解;第二,在此基础上,给出了EM(expectation maximization)框架下的具体算法;第三,从UCI(University of Califor     

基于MapReduce的FCM聚类集成算法

针对传统的聚类集成算法难以高效地处理海量数据的聚类分析问题,提出一种基于MapReduce的并行FCM聚类集成算法。算法利用随机初始聚心来获取具有差异化的聚类成员,通过建立聚类成员簇间OVERLAP矩阵来寻找逻辑等价簇,最后利用投票法共享聚类成员中数据对象的分类情况得出最终的聚类结果。实验证明,该算法具有良好的精确度,加速比和扩展性,具有处理较大规模数据集的能力。     

基于多粒度粗糙集的聚类融合方法

现有的聚类融合算法从聚类成员的角度出发,若使用全部聚类成员则融合结果受劣质成员影响,对聚类成员进行选择再进行融合则选择的策略存在主观性。为在一定程度上避免这两种局限性,可以从元素的角度出发,提出一种新的聚类融合方法。通过多粒度决策不一致粗糙集来选择一部分类别确定的元素,再利用这部分元素进行聚类融合生成新的划分;多粒度决策不一致粗糙集模型能够刻画多粒度决策过程中属性一致而决策不一致的现象,提出了一种基于多粒度决策不一致的粗糙集模型,并给出了一种聚类融合方法。具体做法是：首先在数据集上多次使用K-means聚类算法,生成论域上的多个粒结构;其次对所有粒结构两两之间求粒间包含度,建立包含度矩阵,对矩阵使用Otsu算法计算阈值,得出多组满足阈值条件的信息粒,求解多粒度决策不一致下近似和上近似;最后分别处理下近似与边界域中元素的类别,从而获得了一个经过融合的聚类划分。实验结果表明,该方法能够有效改善聚类的结果,具有较高的时间效率,且算法具有较好的鲁棒性。     

一种基于自适应最近邻的聚类融合方法

聚类融合通过把具有一定差异性的聚类成员进行组合,能够得到比单一算法更为优越的结果,是近年来聚类算法研究领域的热点问题之一。提出了一种基于自适应最近邻的聚类融合算法ANNCE,能够根据数据分布密度的不同,为每一个数据点自动选择合适的最近邻选取范围。该算法与已有的基于KNN的算法相比,不仅解决了KNN算法中存在的过多参数需要实验确定的问题,还进一步提高了聚类效果。     

一种改进的多视图聚类集成算法

近年来,针对大数据的数据挖掘技术和机器学习算法研究变得日趋重要。在聚类领域,随着多视图数据的大量出现,多视图聚类已经成为了一类重要的聚类方法。然而,大多数现有的多视图聚类算法受算法参数设置、数据样本等影响,具有聚类结果不稳定、参数需要反复调节等缺点。基于多视图K-means算法和聚类集成技术,提出了一种改进的多视图聚类集成算法,其提高了聚类的准确性、鲁棒性和稳定性。其次,由于单机环境下的多视图聚类算法难以对海量的数据进行处理,结合分布式处理技术,实现了一种分布式的多视图并行聚类算法。实验证明,并行算法在处理大数据时的时间效率有很大提升,适合于大数据环境下的多视图聚类分析。     

一种深度自监督聚类集成算法

针对聚类集成中一致性函数设计问题,本文提出一种深度自监督聚类集成算法。该算法首先根据基聚类划分结果采用加权连通三元组算法计算样本之间的相似度矩阵,基于相似度矩阵表达邻接关系,将基聚类由特征空间中的数据表示变换至图数据表示;在此基础上,基聚类的一致性集成问题被转化为对基聚类图数据表示的图聚类问题。为此,本文利用图神经网络构造自监督聚类集成模型,一方面采用图自动编码器学习图的低维嵌入,依据低维嵌入似然分布估计聚类集成的目标分布;另一方面利用聚类集成目标对低维嵌入过程进行指导,确保模型获得的图低维嵌入与聚类集成结果是一致最优的。在大量数据集上进行了仿真实验,结果表明本文算法相比HGPA、CSPA和MCLA等算法可以进一步提高聚类集成结果的准确性。     

Soft spectral clustering ensemble applied to image segmentation

An unsupervised learning algorithm, named soft spectral clustering ensemble (SSCE), is proposed in this paper. Until now many proposed ensemble algorithms cannot be used on image data, even images of a mere 256 × 256 pixels are too expensive in computational cost and storage. The proposed method is suitable for performing image segmentation and can, to some degree, solve some open problems of spectral clustering (SC). In this paper, a random scaling parameter and Nystr?m approximation are applied to generate the individual spectral clusters for ensemble learning. We slightly modify the standard SC algorithm to aquire a soft partition and then map it via a centralized logcontrast transform to relax the constraint of probability data, the sum of which is one. All mapped data are concatenated to form the new features for each instance. Principal component analysis (PCA) is used to reduce the dimension of the new features. The final aggregated result can be achieved by clustering dimension-reduced data. Experimental results, on UCI data and different image types, show that the proposed algorithm is more efficient compared with some existing consensus functions.     

基于相关随机子空间的分类数据聚类集成

为了提升分类数据聚类集成的效果,提出了一种新的相关随机子空间聚类集成模型。该模型利用粗糙集理论将分类属性分解成相关和不相关子集,在相关属性子集上随机生成多个相关子空间并对分类数据进行聚类,通过集成多个较优且具差异性的聚类结果以获得最终的聚类划分。此外,将粗糙集约简概念应用于相关子空间属性数目的确定,有效地避免了参数对聚类结果的影响。UCI数据集实验表明,新模型的性能优于其他已有模型,说明了其有效性。     

基于量子遗传算法的XML聚类集成

为了改善单一聚类算法的聚类性能,提出一种基于量子遗传算法的XML文档聚类集成解决方法。该方法首先利用KNN分类算法将XML文档划分成k个差异性的聚类成员;其次根据聚类成员的关系获得内联相似度矩阵,并通过多次分割、向下、向上、双向收缩的QR算法分解特征值对应的特征向量来实现矩阵的维数缩减;然后在映射空间上用量子遗传算法实现聚类集成,把每一个样本判别到最优的聚类类别中。这样减少了数据差异性对聚类结果的影响,提高了聚类质量。实验结果表明,在真实的数据集上,该聚类集成算法比其他聚类集成算法具有更好的效果。