属性加权的类属型数据非模聚类

类属型数据广泛分布于生物信息学等许多应用领域,其离散取值的特点使得类属数据聚类成为统计机器学习领域一项困难的任务.当前的主流方法依赖于类属属性的模进行聚类优化和相关属性的权重计算.提出一种非模的类属型数据统计聚类方法.首先,基于新定义的相异度度量,推导了属性加权的类属数据聚类目标函数.该函数以对象与簇之间的平均距离为基础,从而避免了现有方法以模为中心导致的问题.其次,定义了一种类属型数据的软子空间聚类算法.该算法在聚类过程中根据属性取值的总体分布,而不仅限于属性的模,赋予每个属性衡量其与簇类相关程度的权重,实现自动的特征选择.在合成数据和实际应用数据集上的实验结果表明,与现有的基于模的聚类算法和基于蒙特卡罗优化的其他非模算法相比,该算法有效地提高了聚类结果的质量.     

核密度估计的聚类算法*

相似性度量是聚类分析的重要基础,如何有效衡量类属型符号间的相似性是相似性度量的一个难点.文中根据离散符号的核概率密度衡量符号间的相似性,与传统的简单符号匹配及符号频度估计方法不同,该相似性度量在核函数带宽的作用下,不再依赖同一属性上符号间独立性假设.随后建立类属型数据的贝叶斯聚类模型,定义基于似然的类属型对象-簇间相似性度量,给出基于模型的聚类算法.采用留一估计和最大似然估计,提出3种求解方法在聚类过程中动态确定最优的核带宽.实验表明,相比使用特征加权或简单匹配距离的聚类算法,文中算法可以获得更高的聚类精度,估计的核函数带宽在重要特征识别等应用中具有实际意义.     

不平衡数据的软子空间聚类算法

针对受均匀效应的影响,当前K-means型软子空间算法不能有效聚类不平衡数据的问题,提出一种基于划分的不平衡数据软子空间聚类新算法。首先,提出一种双加权方法,在赋予每个属性一个特征权重的同时,赋予每个簇反映其重要性的一个簇类权重;其次,提出一种混合型数据的新距离度量,以平衡不同类型属性及具有不同符号数目的类属型属性间的差异;第三,定义了基于双加权方法的不平衡数据子空间聚类目标优化函数,给出了优化簇类权重和特征权重的表达式。在实际应用数据集上进行了系列实验,结果表明,新算法使用的双权重方法能够为不平衡数据中的簇类学习更准确的软子空间;与现有的K-means型软子空间算法相比,所提算法提高了不平衡数据的聚类精度,在其中的生物信息学数据上可以取得近50%的提升幅度。     

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。     

弹性核子空间聚类*

现有子空间聚类算法通常假设数据来自多个线性子空间,无法处理时间序列聚类中存在的非线性和时间轴弯曲问题.为了克服这些局限,通过引入核技巧和弹性距离,提出弹性核低秩表示子空间聚类和弹性核最小二乘回归子空间聚类,统称为弹性核子空间聚类,并从理论上证明弹性核最小二乘回归子空间算法的组效应和弹性核低秩表示子空间聚类算法的收敛性.在5个UCR时间序列数据集上的实验表明本文算法的有效性.     

基于核的非凸数据模糊K-均值聚类研究

将模糊K-均值聚类算法与核函数相结合,采用基于核的模糊K-均值聚类算法来进行聚类。核函数隐含地定义了一个非线性变换,将数据非线性映射到高维特征空间来增加数据的可分性。该算法能够解决模糊K-均值聚类算法对于非凸形状数据不能正确聚类的问题。     

基于子空间差异的投影聚类算法

针对传统K-means型软子空间聚类技术中子空间差异度量定义的困难问题,提出一种基于概率距离的子空间差异表示模型,以此为基础提出一种自适应的投影聚类算法。该方法首先基于子空间聚类理论提出一个描述各簇类所关联的软子空间之间的相异度公式;其次,将其与软子空间聚类相结合,定义了聚类目标优化函数,并根据局部搜索策略给出了聚类算法过程。在合成和实际数据集上进行了一系列实验,结果表明该算法引入子空间比较可以为簇类学习更优的软子空间;与现有主流子空间聚类算法相比,所提算法大幅度提升了聚类精度,适用于高维数据聚类分析。     

一种基于多属性权重的分类数据子空间聚类算法

采用多属性频率权重以及多目标簇集质量聚类准则,提出一种分类数据子空间聚类算法.该算法利用粗糙集理论中的等价类,定义了一种多属性权重计算方法,有效地提高了属性的聚类区分能力;在多目标簇集质量函数的基础上,采用层次凝聚策略,迭代合并子簇,有效地度量了各类尺度的聚类簇;利用区间离散度,解决了使用阈值删除噪音点所带来的参数问题;利用属性对簇的依附程度,确定了聚类簇的属性相关子空间,提高了聚类簇的可理解性.最后,采用人工合成、UCI和恒星光谱数据集,实验验证了该聚类算法的可行性和有效性.     

一种适合于非线性高维数据的谱聚类算法

谱聚类能识别非线性数据,且优于传统聚类.谱聚类中度量相似性的高斯核函数尺度参数σ和聚类个数k对聚类效果影响较大,但需要人工判断.用向量之间夹角余弦代替σ并且通过特征值的跳跃性确定聚类个数,对于非线性高维数据,提出一种自适应谱聚类算法,将数据通过显式构造映射到随机特征空间,在随机特征空间中实现聚类.实验结果表明,在UCI数据上该算法与传统算法相比效果更好.     

融入无监督度量学习的稀疏子空间聚类模型

子空间聚类任务中的无标记数据具有维度高、数据分布分散等特点,传统方法对数据预处理未进行详细地针对化设计且大多使用欧氏距离度量数据间的相似性,使聚类性能提升受限.因此,本文提出融入无监督度量学习的稀疏子空间聚类模型,该算法将距离度量与子空间聚类联合到同一框架,设计由两步组成的聚类过程.该方法对原始数据进行度量学习并重构了稀疏子空间聚类模型,使数据预处理不再是一个单独的步骤,最大限度地将输入的无标记数据之间相似度提高,有效提升了子空间聚类性能、加强了模型泛化能力.我们在真实公开数据集上进行实验测试,实验结果表明该方法优于现有的子空间聚类算法,具有良好的聚类性能.     

A k-means type clustering algorithm for subspace clustering of mixed numeric and categorical datasets

Almost all subspace clustering algorithms proposed so far are designed for numeric datasets. In this paper, we present a k-means type clustering algorithm that finds clusters in data subspaces in mixed numeric and categorical datasets. In this method, we compute attributes contribution to different clusters. We propose a new cost function for a k-means type algorithm. One of the advantages of this algorithm is its complexity which is linear with respect to the number of the data points. This algorithm is also useful in describing the cluster formation in terms of attributes contribution to different clusters. The algorithm is tested on various synthetic and real datasets to show its effectiveness. The clustering results are explained by using attributes weights in the clusters. The clustering results are also compared with published results.     

混合属性数据k-prototypes聚类算法

在现实世界中经常遇到混合数值属性和分类属性的数据, k-prototypes是聚类该类型数据的主要算法之一。针对现有混合属性聚类算法的不足,提出一种基于分布式质心和新差异测度的改进的 k-prototypes 算法。在新算法中,首先引入分布式质心来表示簇中的分类属性的簇中心,然后结合均值和分布式质心来表示混合属性的簇中心,并提出一种新的差异测度来计算数据对象与簇中心的距离,新差异测度考虑了不同属性在聚类过程中的重要性。在三个真实数据集上的仿真实验表明,与传统的聚类算法相比,本文算法的聚类精度要优于传统的聚类算法,从而验证了本文算法的有效性。     

基于空间结构的符号数据仿射传播算法*

由于符号型数据缺乏清晰的空间结构,很难构造一种合理的相似性度量,从而使诸多数值型聚类算法难以推广至符号型数据聚类.基于此种情况,文中引入一种空间结构表示方法,把符号型数据转化为数值型数据,能够在保持原符号型数据的结构特征的基础上重新构造样本之间的相似度.基于此方法,将仿射传播(AP)聚类算法迁移至符号数据聚类中,提出基于空间结构的符号数据AP算法(SBAP).在UCI数据集中若干符号型数据集上的实验表明,SBAP可以使AP算法有效处理符号型数据聚类问题,并且可以提升算法性能.     

基于新的相似性度量的加权粗糙聚类算法

聚类是数据挖掘中重要的研究方向。本文针对现有的聚类算法中相似度量的缺陷,提出了一种新的相似性度量方法。在此基础上,将粗糙集理论中的区分能力引入到聚类算法中,用来度量属性的重要性,进而提出了一种能够处理符号型数据的新的加权粗糙聚类算法。通过对UCI数据的实验表明,本文算法对数据输入顺序不敏感,且不需要预先给定簇的数目,提高了聚类的质量。     

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.     

基于概率模型的重叠子空间聚类算法*

针对现有子空间聚类方法处理类簇间存在重叠时聚类准确率较低的问题,文中提出基于概率模型的重叠子空间聚类算法.首先采用混合范数的子空间表示方法将高维数据分割为若干个子空间.然后使用服从指数族分布的概率模型判断子空间内数据的重叠部分,并将数据分配到正确的子空间内,进而得到聚类结果,在参数估计时利用交替最大化方法确定函数最优解.在人造数据集和UCI数据集上的测试实验表明,文中算法具有良好的聚类性能,适用于较大规模的数据集.