基于密度和混合距离度量方法的混合属性数据聚类研究

针对基于密度的传统算法不能处理混合属性数据,以及目前的混合属性聚类算法大多数聚类质量不高等问题,提出了基于密度和混合距离度量方法的混合属性聚类算法.该算法通过分析混合属性数据特征,将混合属性数据分为数值占优、分类占优和均衡型混合属性数据3类,分析不同情况的特征选取相应的距离度量方式,通过预设参数能够发现数据密集区域,确定核心点,再利用核心点确定密度相连的对象实现聚类,获得最终的聚类结果.将算法应用于多种数据集上的实验结果表明,该算法具有较高的聚类质量,能够有效处理混合属性数据.     

基于流数据的模糊聚类算法

对流数据进行有效聚类是一个吸引研究者很大注意力的问题.传统的聚类挖掘算法只能适用于纯数值属性数据或纯分类属性数据,很难适用于混合属性的数据.针对混合属性数据的特点,在借鉴AcluStream算法的基础上,提出了一种模糊聚类算法.算法对流数据的相异度分类度量,定量属性使用欧氏距离和曼哈坦距离度量,定性属性可以采用hamming距离度量.模糊聚类算法的主要步骤有两步:第一步,运用最小距离聚类算法进行聚类,构成一个初始类.第二步,对基于最小距离聚类算法进行聚类所得到的初始簇,运用密度聚类方法进行聚合或分割,使得聚类集合稳定.实践证明:该算法是快速地有效的.     

基于粗糙集的混合属性数据聚类算法

传统聚类方法将对象严格地划分到某一类,但是很多时候边界对象不能被严格地划分。基于粗糙集的k-means聚类算法和基于粗糙集的leader聚类算法,利用粗糙集理论将数据对象划分到一个簇的上近似集或下近似集当中,提供了一种新的处理不确定性的视角,很好地解决了这种边界不确定问题。但其缺点是不能处理混合属性数据,聚类结果对初值有明显的依赖性。针对这些算法存在的不足,给出了一种适用于混合属性数据的距离定义,对初始值的选取提出了改进办法,提出了一种基于粗糙集的混合属性数据聚类算法。仿真实验证明,在不确定聚类簇数的情况下,该算法的聚类准确率比传统k-means算法明显提高。     

基于密度的聚类中心自动确定的混合属性数据聚类算法研究

面对广泛存在的混合属性数据,现有大部分混合属性聚类算法普遍存在聚类 质量低、聚类算法参数依赖性大、聚类类别个数和聚类中心无法准确自动确定等问题,针对 这些问题本文提出了一种基于密度的聚类中心自动确定的混合属性数据 聚类算法.该算法通过分析混合属性数据特征,将混合属性数据分为数 值占优、分类占优和均衡型混合属性数据三类,分析不同情况的特征选取 相应的距离度量方式.在计算数据集各个点的密度和距离分布图基础 上,深入分析获得规律: 高密度且与比它更高密度的数据点有较大距离的数 据点最可能成为聚类中心,通过线性回归模型和残差分析确定奇异 点,理论论证这些奇异点即为聚类中心,从而实现了自动确定聚类中心.采 用粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)寻找最优dc值,通过参数dc能够计算得到 任意数据对象的密度和到比它密度更高的点的最小距离,根据聚类 中心自动确定方法确定每个簇中心,并将其他点按到最近邻的更高 密度对象的最小距离划分到相应的簇中,从而实现聚类.最终将本文 提出算法与其他现有的多种混合属性聚类算法在多个数据集上进行 算法性能比较,验证本文提出算法具有较高的聚类质量.     

一种基于信息熵的混合属性数据谱聚类算法

针对传统的聚类算法只能处理单属性的数据,不能很好地处理混合属性数据的聚类问题,以及目前大多数混合属性数据聚类算法对初始化敏感、不能处理任意形状的数据的问题,提出一种基于信息熵的混合属性数据谱聚类算法,用于处理混合类型数据。首先,提出了一种新的相似性度量方式,利用谱聚类算法中的数值型数据构成的高斯核函数矩阵与新的基于信息熵的分类型数据构成的影响因子矩阵相结合代替了传统的相似度矩阵,新的相似度矩阵避免了数值属性与分类属性数据之间的转换和参数调整;然后,把新的相似度矩阵运用到谱聚类算法中,以便于处理任意形状的数据,最终得出聚类结果。通过在UCI的数据集上的实验表明,该算法能有效地处理混合属性数据的聚类问题,且具有较高的稳定性以及良好的鲁棒性。     

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.     

基于相对密度和熵的混合属性聚类融合算法

混合属性聚类是近年来的研究热点,对于混合属性数据的聚类算法要求处理好数值属性以及分类属性,而现存许多算法没有很好得平衡两种属性,以至于得不到令人满意的聚类结果.针对混合属性,在此提出一种基于交集的聚类融合算法,算法单独用基于相对密度的算法处理数值属性,基于信息熵的算法处理分类属性,然后通过基于交集的融合算法融合两个聚类成员,最终得到聚类结果.算法在UCI数据集Zoo上进行验证,与现存k-prototypes与EM算法进行了比较,在聚类的正确率上都优于k-prototypes与EM算法,还讨论了融合算法中交集元素比的取值对算法结果的影响.     

面向混合属性数据集的改进半监督FCM聚类方法

针对混合属性数据集聚类精度低的问题,本文提出一种基于改进距离度量的半监督模糊均值聚类（Fuzzy C-means,FCM）算法.首先,在数据集中针对类别属性进行预处理,并设置相应的相异度阈值;将传统聚类距离度量与改进的Jaccard距离度量结合,确定混合属性数据集的距离度量函数;最后,将所得距离度量函数与传统半监督FCM算法相结合,并在滚动轴承的不同复合故障数据的特征集中进行聚类.实验表明,该算法能在含无序属性的混合属性数据集的聚类中取得更好的聚类效果.     

混合属性数据集的聚类边界检测技术

为了满足数据分析中获取含有混合属性的数据集聚类的边界需求, 提出一种混合属性数据集的聚类边界检测算法(BERGE). 该算法利用模糊聚类隶属度定义边界因子以识别候选边界集, 然后运用证据积累的思想提取聚类的边界. 在综合数据集和真实数据集上的实验结果表明, BERGE 算法能有效地检测混合属性数据集、数值属性数据集以及分类属性数据集的聚类边界, 与现有同类算法相比具有更高的精度.     

基于维度属性距离的混合属性近邻传播聚类算法

针对近邻传播聚类算法不能处理混合属性数据集的问题,提出了一种新的距离度量测度,并将其应用到近邻传播聚类算法中,提出了一种基于维度属性距离的混合属性近邻传播聚类算法。与传统聚类算法不同的是,该算法不需要计算虚拟的中心点,同时考虑了数据集整体分布对聚类结果的影响。将算法在UCI数据库的2个混合属性数据集上进行验证,同时对比了经典的K-Prototypes算法以及K-Modes算法。实验结果表明,改进后的算法具有更好的聚类质量以及执行效率,算法的优越性得到了验证。     

Hierarchical clustering of mixed data based on distance hierarchy

Data clustering is an important data mining technique which partitions data according to some similarity criterion. Abundant algorithms have been proposed for clustering numerical data and some recent research tackles the problem of clustering categorical or mixed data. Unlike the subtraction scheme used for numerical attributes, there is no standard for measuring distance between categorical values. In this article, we propose a distance representation scheme, distance hierarchy, which facilitates expressing the similarity between categorical values and also unifies distance measuring of numerical and categorical values. We then apply the scheme to mixed data clustering, in particular, to integrate with a hierarchical clustering algorithm. Consequently, this integrated approach can uniformly handle numerical data and categorical data, and also enables one to take the similarity between categorical values into consideration. Experimental results show that the proposed approach produces better clustering results than conventional clustering algorithms when categorical attributes are present and their values have different degree of similarity.     

Robust projected clustering

Projected clustering partitions a data set into several disjoint clusters, plus outliers, so that each cluster exists in a subspace. Subspace clustering enumerates clusters of objects in all subspaces of a data set, and it tends to produce many overlapping clusters. Such algorithms have been extensively studied for numerical data, but only a few have been proposed for categorical data. Typical drawbacks of existing projected and subspace clustering algorithms for numerical or categorical data are that they rely on parameters whose appropriate values are difficult to set appropriately or that they are unable to identify projected clusters with few relevant attributes. We present P3C, a robust algorithm for projected clustering that can effectively discover projected clusters in the data while minimizing the number of required parameters. P3C does not need the number of projected clusters as input, and can discover, under very general conditions, the true number of projected clusters. P3C is effective in detecting very low-dimensional projected clusters embedded in high dimensional spaces. P3C positions itself between projected and subspace clustering in that it can compute both disjoint or overlapping clusters. P3C is the first projected clustering algorithm for both numerical and categorical data.     

类属数据的贝叶斯聚类算法

针对类属型数据聚类中对象间距离函数定义的困难问题,提出一种基于贝叶斯概率估计的类属数据聚类算法。首先,提出一种属性加权的概率模型,在这个模型中每个类属属性被赋予一个反映其重要性的权重;其次,经过贝叶斯公式的变换,定义了基于最大似然估计的聚类优化目标函数,并提出了一种基于划分的聚类算法,该算法不再依赖于对象间的距离,而是根据对象与数据集划分间的加权似然进行聚类;第三,推导了计算属性权重的表达式,得出了类属型属性权重与其符号分布的信息熵成反比的结论。在实际数据和合成数据集上进行了实验,结果表明,与基于距离的现有聚类算法相比,所提算法提高了聚类精度,特别是在生物信息学数据上取得了5%~48%的提升幅度,并可以获得有实际意义的属性加权结果。     

K-Harmonic means type clustering algorithm for mixed datasets

K-means type clustering algorithms for mixed data that consists of numeric and categorical attributes suffer from cluster center initialization problem. The final clustering results depend upon the initial cluster centers. Random cluster center initialization is a popular initialization technique. However, clustering results are not consistent with different cluster center initializations. K-Harmonic means clustering algorithm tries to overcome this problem for pure numeric data. In this paper, we extend the K-Harmonic means clustering algorithm for mixed datasets. We propose a definition for a cluster center and a distance measure. These cluster centers and the distance measure are used with the cost function of K-Harmonic means clustering algorithm in the proposed algorithm. Experiments were carried out with pure categorical datasets and mixed datasets. Results suggest that the proposed clustering algorithm is quite insensitive to the cluster center initialization problem. Comparative studies with other clustering algorithms show that the proposed algorithm produce better clustering results.     

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。     

基于PSO的模糊K-Prototypes聚类

模糊K-Prototypes(FKP)算法能够对包含数值属性和分类属性相混合的数据集进行有效聚类,但是存在对初始值敏感、容易陷入局部极小值的问题.为了克服该缺点,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法和FKP算法的混合聚类算法,先利用PSO算法确定FKP的初始聚类中心,再将PSO聚类结果作为后续FKP算法的初始值.实验结果表明,新算法具有良好的收敛性和稳定性,聚类效果优于单一使用FKP算法.     

基于k-prototypes的混合属性数据聚类算法

通过对基于K-prototypes算法对混合属性数据处理的聚类问题进行研究,改进了K-prototypes算法中分类属性相异度计算公式,使之能更加精确反映样本间的差异;在此基础上提出了一种用于处理混合属性数据的聚类算法,并将改进后的算法应用于英语借词数据的聚类分析中。实验结果表明,与K-prototypes算法相比,改进后的算法具有更好的稳定性和更高的精度。     

DCKPDP：改进k-prototype聚类的差分隐私混合属性数据发布方法

当前混合属性数据发布中隐私保护方法大多存在隐私保护效果不佳或数据效用较差的问题,采用差分隐私与优化的k-prototype聚类方法相结合,提出改进k-prototype聚类的差分隐私混合属性数据发布方法(DCKPDP)。为解决传统k-prototype聚类算法没有考虑不同数值型属性对聚类结果有较大影响的问题,利用信息熵为每个数值型属性添加属性权重;为解决聚类初始中心点人为规定或者由随机算法随机确定,导致聚类结果精确度不高的问题,结合数据对象的局部密度和高密度对聚类过程中初始中心点进行自适应选择;为解决数据信息泄露风险较高的问题,对聚类中心值进行差分隐私保护。实验结果表明,DCKPDP算法满足差分隐私保护所需的噪声量更小,数据的可用性更好。