基于格拉斯曼流形子空间融合的多视图聚类

现有的多视图聚类算法大多假设多视图数据点之间为线性关系,且在学习过程中无法保留原始特征空间的局部性;而在欧氏空间中进行子空间融合又过于单调,无法将学习到的子空间表示对齐。针对以上问题,提出了基于格拉斯曼流形融合子空间的多视图聚类算法。首先,将核技巧和局部流形结构学习结合以得到不同视图的子空间表示;然后,在格拉斯曼流形上融合这些子空间表示以得到一致性亲和矩阵;最后,对一致性亲和矩阵执行谱聚类来得到最终的聚类结果,并利用交替方向乘子法（ADMM）来优化所提模型。与核多视图低秩稀疏子空间聚类（KMLRSSC）算法相比,所提算法的聚类精度在MSRCV1、Prokaryotic、Not-Hill数据集上分别提高了20.83个百分点、9.47个百分点和7.33个百分点。实验结果验证了基于格拉斯曼流形融合子空间的多视图聚类算法的有效性和良好性能。     

Spark框架优化的大规模谱聚类并行算法

为解决谱聚类在大规模数据集上存在的计算耗时和无法聚类等性能瓶颈制约,提出了基于Spark技术的大规模数据集谱聚类的并行化算法。首先,通过单向循环迭代优化相似矩阵的构建,避免重复计算;然后,通过位置变换和标量乘法替换来优化Laplacian矩阵的构建与正规化,降低存储需求;最后,采用近似特征向量计算来进一步减少计算量。不同测试数据集上的实验结果表明：随着测试数据集的规模增加,所提算法的单向循环迭代和近似特征值计算的运行时间呈线性增长,增长缓慢,其近似特征向量计算与精确特征向量计算取得相近的聚类效果,并且算法在大规模数据集上表现出良好的可扩展性。在获得较好的谱聚类性能的基础上,改进算法提高了运行效率,有效缓解了谱聚类的计算耗时及无法聚类问题。     

一种基于MPI的稀疏化局部尺度并行谱聚类算法的研究与实现

谱聚类算法由于其可识别非凸数据分布、可有效避免局部最优解、不受数据点维数限制等优点,在许多领域得到广泛应用。然而,随着数据量的增大和数据维数的增多,在保证聚类准确性的前提下,尽可能降低计算时间将变得非常必要。此外,影响谱聚类算法聚类质量的因素除数据集本身外,还与所采用的求解距离矩阵的方法、相似性矩阵的尺度参数、Laplacian矩阵形式等多种因素相关。针对以上问题,首先对于大规模数据问题,将MPI并行编程模型应用于谱聚类算法;然后利用t-最近邻方法对谱聚类算法中较大维数的Laplacian矩阵进行近似转化,同时用局部尺度(Local Scaling)参数对算法中的尺度参数进行自动调节。基于上述分析,提出了一种谱聚类并行实现算法,即稀疏化局部尺度并行谱聚类算法SLSPSC,并在四个数据集上进行了测试,与现有的并行谱聚类算法PSC在运行时间和聚类质量两方面做了比较分析。实验结果显示,该算法降低了求解Laplacian矩阵的总时间,同时部分数据集聚类质量得到较大提高。     

基于Hadoop MapReduce并行近似谱聚类算法研究与实现

随着信息时代的来临,互联网产生的大规模高维数据呈现几何级数增长,对其进行谱聚类在计算时间和内存使用上都存在瓶颈问题,尤其是求Laplacian矩阵特征向量分解。鉴于Hadoop MapReduce并行编程模型对密集型数据处理的优势,基于t最近邻稀疏化近似相似Laplacian矩阵,设计Hadoop MapReduce并行近似谱聚类算法,以期解决上述瓶颈问题。实验使用UCI Bag of Words数据集验证所设计算法的正确性和有效性,结果显示该并行设计在谱聚类质量和性能方面达到了一定的预期效果。     

两级联合融合的多视图子空间聚类改进算法

针对多视图深度子空间聚类网络(Multi-view Deep Subspace Clustering Networks, MvDSCN)算法具有的没有充分利用多视图互补信息、进行一次聚类直接得到聚类结果，以及只考虑数据级信息融合而降低了聚类性能等缺点，提出两级联合融合的多视图子空间聚类改进算法(TJ-MvDSCN)。不仅关注多视图共性信息，还关注多视图互补信息；增加分配级别的多视图信息融合，与已有的数据级信息融合形成两级融合结构；增加聚类损失，基于迭代优化策略构建一个可以联合学习特征表示和聚类分配的多视图聚类框架。经实验验证，该算法性能优于现有算法。     

基于压缩子空间对齐的多核聚类算法

近年来,多核聚类（MKC）在融合多源信息以提高聚类性能方面取得了显著进展。但是,以n表示样本数,O(n2)内存消耗和On3计算消耗限制了这些方法的实用性。重新设计了基于子空间分割的MKC公式,从而将其内存和计算复杂度分别降低到O(n)和O(n2)。在该算法（基于压缩子空间对齐的多核聚类算法CSA-MKC）中,通过对部分数据采样来重建整个数据集。具体而言,在该算法中,在信息融合过程中同时学习了共识采样矩阵,从而使生成的锚点集更适合于跨不同视图的数据重建。因此,改进了重构矩阵的判别性,并增强了聚类性能。此外,该算法易于并行化,通过GPU加速,在6个数据集上进行了测试,在时间上,该算法是数据规模的平方复杂度,在性能上,优于目前的先进算法。     

结构加权相关自适应子空间聚类

针对结构稀疏子空间聚类不能很好地把握数据相似度一致性的问题，提出一种新的子空间聚类优化模型；结构加权相关自适应子空间聚类（Structured Weighted Correlation Adaptive Subspace Clustering，SWCASC）模型。该模型引入数据点的相关性对表示系数施加显式惩罚，同时利用分割和相似度的依赖关系，引入子空间结构范数。该模型使得数据类别标签具有一致性，相似度矩阵具有稀疏性和一致性，并具有自适应性。相似度矩阵的稀疏性有利于将不同子空间的数据分离，而一致性有利于将同一子空间的数据聚集。实验结果表明，该模型获得了理想的聚类效果，并优于其他方法。     

多尺度的谱聚类算法

提出了一种多尺度的谱聚类算法。与传统谱聚类算法不同,多尺度谱聚类算法用改进的k-means算法对未经规范的Laplacian矩阵的特征向量进行聚类。与传统k-means算法不同,改进的k-means算法提出一种新颖的划分数据点到聚类中心的方法,通过比较聚类中心与原点的距离和引入尺度参数来计算数据点与聚类中心的距离。实验表明,改进算法在人工数据集上取得令人满意的结果,在真实数据集上聚类结果较优。     

基于均值的谱聚类特征向量选择算法

在数据聚类当中,谱聚类是最流行的方法之一,其性能取决于所选取相关图的拉普拉斯(Laplacian)矩阵的特征向量。对于一个K类问题,Ng-Jordan-Weiss(NJW)谱聚类算法通常采用Laplacian矩阵的前K个最大特征值对应的特征向量作为数据的一种表示。然而,对于某些分类问题,这K个特征向量不一定能够很好地体现原始数据的信息。本文提出一种基于均值的谱聚类特征向量选择算法。该算法首先得出图的Laplacian矩阵的前3K个最大特征值的均值,然后选取K个离均值最近的特征值所对应的特征向量。相比传统谱聚类算法,该算法在UCI数据集上获得了较好的聚类性能。     

一种基于数据流的软子空间聚类算法

针对高维数据的聚类研究表明,样本在不同数据簇往往与某些特定的数据特征子集相对应.因此,子空间聚类技术越来越受到关注.然而,现有的软子空间聚类算法都是基于批处理技术的聚类算法,不能很好地应用于高维数据流或大规模数据的聚类研究中.为此,利用模糊可扩展聚类框架,与熵加权软子空间聚类算法相结合,提出了一种有效的熵加权流数据软子空间聚类算法——EWSSC(entropy-weighting streaming subspace clustering).该算法不仅保留了传统软子空间聚类算法的特性,而且利用了模糊可扩展聚类策略,将软子空间聚类算法应用于流数据的聚类分析中.实验结果表明,EWSSC 算法对于高维数据流可以得到与批处理软子空间聚类方法近似一致的实验结果.     

非负局部约束低秩子空间聚类算法

在低秩表示算法的基础上,提出了一个新模型。新模型构建了揭示数据内在特征联系的亲和度图以实现聚类任务。首先,根据矩阵分解原理对原始数据重新生成数据字典,在算法初始输入时筛除部分噪声。其次,利用数据间的稀疏性加强局部约束,为给定的数据向量构建非负低秩亲和度图。亲和度图中边的权重由非负低秩稀疏系数矩阵获得,系数矩阵通过每个数据样本作为其他数据样本的线性组合完成构建,如此获得的亲和度图显示了数据的子空间结构,同时表现局部线性结构。与现存的子空间算法相比,非负局部约束低秩子空间算法在聚类效果上有明显的提升。     

基于局部协方差矩阵的谱聚类算法

针对传统谱聚类算法没有解决簇划分过程中,簇间交叉区域样本点对聚类效果有影响这个问题,提出一种基于局部协方差矩阵的谱聚类算法,主要介绍了一种新的计算样本之间相似度亲和矩阵的方法,即通过计算样本点之间的欧氏距离划分出小子集,计算小子集的协方差,通过设定阈值剔除交叉点,由剩下的点构造相似矩阵,对相似矩阵进行特征值分解,用经典的[k]-means算法对由特征向量组成的矩阵聚类。通过在Control等真实数据集上的实验结果表明,该算法在聚类准确率、标准互信息等指标上比较对比算法获得更优秀的效果。     

基于自注意力对抗的深度子空间聚类

子空间聚类(Subspace clustering)是一种当前较为流行的基于谱聚类的高维数据聚类框架.近年来,由于深度神经网络能够有效地挖掘出数据深层特征,其研究倍受各国学者的关注.深度子空间聚类旨在通过深度网络学习原始数据的低维特征表示,计算出数据集的相似度矩阵,然后利用谱聚类获得数据的最终聚类结果.然而,现实数据存在维度过高、数据结构复杂等问题,如何获得更鲁棒的数据表示,改善聚类性能,仍是一个挑战.因此,本文提出基于自注意力对抗的深度子空间聚类算法(SAADSC).利用自注意力对抗网络在自动编码器的特征学习中施加一个先验分布约束,引导所学习的特征表示更具有鲁棒性,从而提高聚类精度.通过在多个数据集上的实验,结果表明本文算法在精确率(ACC)、标准互信息(NMI)等指标上都优于目前最好的方法.     

基于自注意力对抗的深度子空间聚类

子空间聚类(Subspace clustering)是一种当前较为流行的基于谱聚类的高维数据聚类框架.近年来,由于深度神经网络能够有效地挖掘出数据深层特征,其研究倍受各国学者的关注.深度子空间聚类旨在通过深度网络学习原始数据的低维特征表示,计算出数据集的相似度矩阵,然后利用谱聚类获得数据的最终聚类结果.然而,现实数据存在维度过高、数据结构复杂等问题,如何获得更鲁棒的数据表示,改善聚类性能,仍是一个挑战.因此,本文提出基于自注意力对抗的深度子空间聚类算法(SAADSC).利用自注意力对抗网络在自动编码器的特征学习中施加一个先验分布约束,引导所学习的特征表示更具有鲁棒性,从而提高聚类精度.通过在多个数据集上的实验,结果表明本文算法在精确率(ACC)、标准互信息(NMI)等指标上都优于目前最好的方法.     

基于自注意力对抗的深度子空间聚类

子空间聚类(Subspace clustering)是一种当前较为流行的基于谱聚类的高维数据聚类框架.近年来,由于深度神经网络能够有效地挖掘出数据深层特征,其研究倍受各国学者的关注.深度子空间聚类旨在通过深度网络学习原始数据的低维特征表示,计算出数据集的相似度矩阵,然后利用谱聚类获得数据的最终聚类结果.然而,现实数据存在维度过高、数据结构复杂等问题,如何获得更鲁棒的数据表示,改善聚类性能,仍是一个挑战.因此,本文提出基于自注意力对抗的深度子空间聚类算法(SAADSC).利用自注意力对抗网络在自动编码器的特征学习中施加一个先验分布约束,引导所学习的特征表示更具有鲁棒性,从而提高聚类精度.通过在多个数据集上的实验,结果表明本文算法在精确率(ACC)、标准互信息(NMI)等指标上都优于目前最好的方法.     

改进的基于谱聚类的子空间聚类模型

子空间聚类的目的是将来自不同子空间的数据分割到其本质上所属的低维子空间。现有的基于数据的自我表示和谱聚类的子空间聚类算法将该问题分为两个连续的阶段：首先从高维数据中学习数据的相似性矩阵,然后通过将谱聚类应用于所学相似性矩阵来推断数据的聚类隶属。通过定义一种新的数据自适应稀疏正则项,并将其与结构稀疏子空间聚类（SSSC）模型和改进的稀疏谱聚类（SSpeC）模型相结合,给出了一个新的统一优化模型。新模型利用数据的相似度和聚类指标的相互引导克服了SSpeC稀疏性惩罚的盲目性,并使得相似度具有了判别性,这有利于将不同子空间的数据分为不同类,弥补了SSSC模型只强制来自相同子空间的数据具有相同标签的缺陷。常用数据集上的实验结果表明,所提模型增强了聚类判别的能力,优于一些经典的两阶段法和SSSC模型。     

一种基于粗糙集理论的谱聚类算法

谱聚类算法利用特征向量构造简化的数据空间,在降低数据维数的同时,使得数据在子空间中的分布结构更加明显.现有谱聚类算法的聚类结果多为精确集,而真实数据集中重叠现象广泛存在.基于粗糙集理论提出了一种新的谱聚类算法,其主要思想是对谱聚类算法进行粗糙集扩展,使得聚类结果成为具有下近似和上近似定义的、类与类之间存在重叠区域的结构.实验表明,该算法与现有的谱聚类算法相比,稳定性和准确率都有一定的提高.     

基于半监督自动谱聚类算法的网络故障检测

针对网络故障检测中利用先验知识不足和多数谱聚类算法需事先确定聚类数的问题,提出一种新的基于成对约束信息传播与自动确定聚类数相结合的半监督自动谱聚类算法。通过学习一种新的相似性测度函数来满足约束条件,改进NJW聚类算法,对非规范化的Laplacian矩阵特征向量进行自动谱聚类,从而提高聚类性能。在UCI标准数据集和网络实测数据上的实验表明,该算法较相关比对算法聚类准确率更高,可满足网络故障检测的实际需要。     

加权PageRank改进地标表示的自编码谱聚类算法

针对传统谱聚类算法在处理大规模数据集时,聚类精度低并且存在相似度矩阵存储开销大和拉普拉斯矩阵特征分解计算复杂度高的问题。提出了一种加权PageRank改进地标表示的自编码谱聚类算法,首先选取数据亲和图中权重最高的节点作为地标点,以选定的地标点与其他数据点之间的相似关系来逼近相似度矩阵作为叠加自动编码器的输入。然后利用聚类损失同时更新自动编码器和聚类中心的参数,从而实现可扩展和精确的聚类。实验表明,在几种典型的数据集上,所提算法与地标点谱聚类算法和深度谱聚类算法相比具有更好的聚类性能。