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.     

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。     

自动确定聚类中心的密度峰值算法

密度峰值聚类算法（Density Peaks Clustering,DPC）,是一种基于密度的聚类算法,该算法具有不需要指定聚类参数,能够发现非球状簇等优点。针对密度峰值算法凭借经验计算截断距离[dc]无法有效应对各个场景并且密度峰值算法人工选取聚类中心的方式难以准确获取实际聚类中心的缺陷,提出了一种基于基尼指数的自适应截断距离和自动获取聚类中心的方法,可以有效解决传统的DPC算法无法处理复杂数据集的缺点。该算法首先通过基尼指数自适应截断距离[dc],然后计算各点的簇中心权值,再用斜率的变化找出临界点,这一策略有效避免了通过决策图人工选取聚类中心所带来的误差。实验表明,新算法不仅能够自动确定聚类中心,而且比原算法准确率更高。     

基于熵的混合属性聚类算法

为解决混合属性中数值属性与分类属性相似性度量的差异造成的聚类效果不佳问题,分析混合属性聚类相似性度量的问题,提出基于熵的混合属性聚类算法.引入熵离散化技术将数值属性离散化,仅使用二元化距离度量混合属性对象之间的相似性,在聚类过程中随机选取k个初始簇中心,将其它对象按照距离k个簇中心的最小距离划分到相应的簇中,选择每个簇中每个数据属性中频率最高的属性值形成新的簇中心继续划分对象,迭代此步当满足目标条件时停止,形成最终聚类.在UCI数据集上的实验结果验证了该算法的有效性.     

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.     

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K-Means聚类算法的HDMA数据挖掘方法

为了提高高维混合属性数据挖掘效果,提出基于K-Means聚类算法的高维混合属性数据挖掘方法.通过分析数值型数据和分类型数据相似度,获取高维混合属性数据度量标准,将簇中心点设为簇里点的平均数值或质心,引入最大距离自动生成k值策略与坐标转换策略,优化聚类结果;依据欧几里得距离聚类剩余数据,根据最大间距对应的数据中心点坐标与半径,实现数据集聚类划分;通过判定聚类后数据噪音类别,计算各类别中类异常因子,经过降序排列,挖掘并标记异常数据.仿真结果表明,所提方法对高维混合属性数据具有理想的聚类优势与较好的挖掘稳定性.     

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。     

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.     

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.     

采用离群点检测技术的混合型数据聚类初始化方法

近年来,混合型数据的聚类问题受到广泛关注。作为处理混合型数据的一种有效方法,K-prototype聚类算法在初始化聚类中心时通常采用随机选取的策略,然而这种策略在很多实际应用中难以保证聚类结果的质量。针对上述问题,采用基于离群点检测的策略来为K-prototype算法选择初始中心,并提出一种新的混合型数据聚类初始化算法(initialization of K-prototype clustering based on outlier detection and density, IKP-ODD)。给定一个候选对象,IKP-ODD通过计算其距离离群因子、加权密度以及与已有初始中心之间的加权距离来判断候选对象是否是一个初始中心。IKP-ODD通过采用距离离群因子和加权密度,防止选择离群点作为初始中心。在计算对象的加权密度以及对象之间的加权距离时,采用邻域粗糙集中的粒度邻域熵来计算每一个属性的重要性,并根据属性重要性的大小为不同属性赋予不同的权重,有效地反映不同属性之间的差异性。在多个UCI数据集上的实验表明,相对于现有的初始化方法,IKP-ODD能够更好地解决K-prototype聚类的初始化问题。     

基于拉普拉斯中心性和密度峰值的无参数聚类算法

针对聚类算法的聚类中心选取需要人工参与的问题,提出了一种基于拉普拉斯中心性和密度峰值的无参数聚类算法（ALPC）。首先,使用拉普拉斯中心性度量对象的中心性;然后,使用正态分布概率统计方法确定聚类中心对象;最后,依据对象到各个中心的距离将各个对象分配到相应聚类中心实现聚类。所提算法克服了算法需要凭借经验参数和人工选取聚类中心的缺点。在人工数据集和真实数据集上的实验结果表明,与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法（DBSCAN）、密度峰值聚类（DPC）算法以及拉普拉斯中心峰聚类（LPC）算法相比,ALPC具有自动确定聚类中心、无参数的特点,且具有较高的聚类精度。     

一种分类型矩阵数据的初始聚类中心选择算法

现有面向矩阵数据集的算法多数通过随机选取初始类中心得到聚类结果。为克服不同初始类中心对聚类结果的影响,针对分类型矩阵数据,提出一种新的初始聚类中心选择算法。根据属性值的频率定义矩阵对象的密度和矩阵对象间的距离,扩展最大最小距离算法,从而实现初始类中心的选择。在7个真实数据集上的实验结果表明,与初始类中心选择算法CAOICACD和BAIICACD相比,该算法均具有较优的聚类效果。     

一种新的k-medoids聚类算法

针对k-medoids算法对初始聚类中心敏感,聚类精度较低及收敛速度缓慢的缺点,提出一种基于密度初始化、密度迭代的搜索策略和准则函数优化的方法。该算法初始化是在高密度区域内选择k个相对距离较远的样本作为聚类初始中心,有效定位聚类的最终中心点;在k个与初始中心点密度相近的区域内进行中心点替换,以减少候选点的搜索范围;采用类间距和类内距加权的均衡化准则函数,提高聚类精度。实验结果表明,相对于传统的k-mediods算法及某些改进算法,该算法可以提高聚类质量,有效缩短聚类时间。     

A novel cluster center fast determination clustering algorithm

As one of the most important techniques in data mining, cluster analysis has attracted more and more attentions in this big data era. Most clustering algorithms have encountered with challenges including cluster centers determination difficulty, low clustering accuracy, uneven clustering efficiency of different data sets and sensible parameter dependence. Aiming at clustering center determination difficulty and parameter dependence, a novel cluster center fast determination clustering algorithm was proposed in this paper. It is supposed that clustering centers are those data points with higher density and larger distance from other data points of higher density. Normal distribution curves are designed to fit the density distribution curve of density distance product. And the singular points outside the confidence interval by setting the confidence interval are proved to be clustering centers by theory analysis and simulations. Finally, according to these clustering centers, a time scan clustering is designed for the rest of the points by density to complete the clustering. Density radius is a sensible parameter in calculating density for each data point, mountain climbing algorithm is thus used to realize self-adaptive density radius. Abundant typical benchmark data sets are testified to evaluate the performance of the brought up algorithms compared with other clustering algorithms in both aspects of clustering quality and time complexity.     

全局中心聚类算法在课程序化中的应用

针对K-means在聚类过程中存在的随机性强、准确率不稳定等问题,提出了一种改进聚类算法,首先选取k个首尾相连且距离乘积最大的数据对象作为初始聚类中心,在簇中心迭代过程中,选取簇内距离和最小的样本作为簇中心,再将其他样本划分至相应簇中,反复迭代,直至收敛。在UCI数据集上的仿真实验结果表明:新算法与K-means算法和其他两种改进算法相比,不仅能够降低运算耗时,在准确率、Jaccard系数、F值等多项聚类指标上也有较大的提升,在实际应用中,使用新算法对现代学徒制的职业能力进行了聚类分析,解决了课程间的序化问题。     

基于混合度量与类簇自适应调整的粗糙模糊K-means聚类算法

针对粗糙K-means聚类及其相关衍生算法需要提前人为给定聚类数目、随机选取初始类簇中心导致类簇交叉区域的数据划分准确率偏低等问题,文中提出基于混合度量与类簇自适应调整的粗糙模糊K-means聚类算法.在计算边界区域的数据对象归属于不同类簇的隶属程度时,综合考虑局部密度和距离的混合度量,并采用自适应调整类簇数目的策略,获得最佳聚类数目.选取数据对象稠密区域中距离最小的两个样本的中点作为初始类簇中心,将附近局部密度高于平均密度的对象划分至该簇后再选取剩余的初始类簇中心,使初始类簇中心的选取更合理.在人工数据集和UCI标准数据集上的实验表明,文中算法在处理类簇交叠严重的球簇状数据集时,具有自适应性,聚类精度较优.     

基于残差和密度网格的簇心自确认聚类算法

为了解决DPC（Clustering by fast search and ?nd of Density Peaks）算法中依赖截断距离、计算复杂度大和需要人工选取簇心的问题，提出了基于残差和密度网格的簇心自确认聚类算法。将数据对象映射到网格上，用网格对象作为聚类对象，删除不含任何信息的网格对象；用特定方式计算网格对象的密度值和距离值；接着通过残差分析确定含有簇心的网格对象；用与非边缘点的距离和自变动的阈值来处理网格边缘点和噪声点。仿真实验表明所提出的算法与一些其他聚类算法对比，有着较高的聚类精度和较低的时间复杂度。