基于加权改进模糊C均值聚类的欠定混合矩阵估计

语音欠定混合矩阵估计问题中，针对模糊C均值聚类(FCM)算法对初始聚类中心敏感、易受噪声点干扰、鲁棒性差的缺陷，提出一种基于加权的进化规划与FCM相结合的改进算法(WE-FCM)。首先，利用进化规划(EP)算法强大的搜索能力优化FCM得到基于进化规划的FCM算法(EP-FCM)，以获得较佳的初始聚类中心；然后，利用局部离群点检测(LOF)算法对EP-FCM加权以降低噪声点的影响。通过仿真实验得出，所提算法在源信号数为3路和4路时归一化均方误差值与偏离角度值均远小于经典的K均值聚类(K-means)算法、K-Hough、基于遗传算法的FCM算法(GAFCM)和基于密度峰值的FCM算法(FDP-FCM)。实验结果表明，所提算法明显提高了FCM算法的鲁棒性和混合矩阵的估计精度。     

欠定条件下弱稀疏源信号混合矩阵盲估计

针对源信号的稀疏性影响欠定混合矩阵的估计精度, 在源信号单源频率及非单源频率分量分析的基础上,通过对观测信号频率峰值的幅值比值所 构成的列向量聚类,提出欠定条件下弱稀疏源信号混合矩阵的盲估计方法。鉴于经典聚类算 法的局部收敛性带来聚类结果的不稳定性,采用全局收敛特性较好的遗传模拟退火聚类算法 提高聚类结果的鲁棒性。仿真实验表明,本文提出的混合矩阵估计方法及采用的聚类算法 在不同欠定条件及噪声环境下具有较强的估计性能。     

基于密度峰值和模糊聚类的欠定混叠矩阵估计

传统聚类算法进行混叠矩阵估计时存在的聚类中心个数不确定和初始聚类中心的随机选取导致陷入局部最优的问题,为此提出一种基于密度峰值的改进模糊聚类算法进行欠定盲源分离的混叠矩阵估计。通过短时傅里叶变换提取信号在频域中的稀疏特性,利用寻找密度峰值聚类算法(clustering by fast search and find of density peaks, CFSFDP)自动获取聚类簇的数目和初始聚类中心;将获得的聚类数目和聚类结果作为模糊聚类算法(fuzzy c-means clustering, FCM)的初始输入参数,提高FCM聚类结果的精度。实验结果表明,该算法可以准确估计源信号的数目,相比传统FCM、层次聚类、基于密度峰值改进的粒子群等聚类算法,可以有效提高欠定盲源分离的混叠矩阵估计精度。     

基于改进DBSCAN算法估计欠定混合矩阵的应用研究

针对欠定盲源分离（Underdetermined blind source separation, UBSS）问题,采用基于密度的空间聚类（Density based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN）算法估计聚类中心时易陷入局部最优,因此由聚类中心坐标构成的混合矩阵的精度降低,导致信号分离结果不理想。本文在DBSCAN基础上提出布谷鸟自适应搜索群优化算法（Cuckoo adaptive search swarm optimization of density based spatial clustering of applications with noise, CASSO-DBSCAN）,该算法依据Levy飞行策略增强全局自适应搜索能力,并利用群体学习思想精细寻优得到最优解,从而更加精准地估计聚类中心。通过语音信号的盲源分离仿真实验对该算法进行验证,结果表明,该算法能够有效改善欠定混合矩阵的估计精度,具有良好的鲁棒性,证明了其可行性。     

基于改进蜂群聚类的欠定盲源分离

针对欠定盲分离中混合矩阵估计精度不高的问题,采用了改进的人工蜂群（ABC）聚类算法。从观测信号的线性聚类特点和蜂群的多样性考虑,改进雇佣蜂的搜索策略,从而加快算法的收敛速度。同时,引入基于Levy飞行的局部搜索方法,进一步对当前最优解的邻域进行搜索,提高ABC算法局部开发能力。仿真结果表明,该方法在源个数较多的情况下仍然有较高的混合矩阵估计精度。     

一种混合均值聚类算法的实现

从K-Means聚类算法和FCM算法混合运行的角度来探讨聚类问题,针对FCM算法初始化隶属度矩阵的随机性问题,提出了一种混合均值聚类算法。在混合算法运行过程中,利用前者的聚类结果信息来初始化后者的初始中心,依此来计算FCM算法初始隶属度矩阵,通过FCM算法的运行,最终实现数据集的聚类目的。实验结果表明该混合均值算法比单纯使用FCM算法效果好。     

基于时频单源点的欠定混合矩阵估计

主要研究了欠定盲源分离中的混合矩阵估计问题。提出了一种检测时频单源点的新方法,通过比较归一化的观测信号时频点的实部和虚部向量来检测时频单源点。与其他时频单源点检测方法相比,该方法简单而有效,同时降低了对检测条件的要求。采用K-means方法估计混合矩阵,通过去除聚类后每一类数据中偏离中心方向较远的数据点,进一步提高了混合矩阵的估计精度。仿真实验表明,与已有欠定混合矩阵估计算法相比,提出的方法有更高的估计精度。     

具有相似性传播的K-均值欠定盲分离算法

对于稀疏信源的欠定盲分离问题,混合矩阵的估计是至关重要的。为了提高估计性能,提出一种组合的聚类分析算法。首先,利用短时傅里叶变换把时域中的观测信号转变成频域中的稀疏信号,并通过数据的归一化把稀疏信号在频域的线性聚类转变成致密聚类。然后,利用相似性传播AP聚类方法搜索每个观测数据的邻域自动形成数据族的数量和相对应的关键数据。最后,以AP聚类的结果作为K-均值算法的初始值,对每类(族)数据的聚类中心进一步修正。仿真结果表明,组合聚类法能有效地提高混合矩阵的估计精度。把AP聚类和K-均值算法相结合的另一个优势是,能够克服经典K-均值算法需要事先知道信源数量和对数据的初始划分非常敏感的缺陷。     

密度空间与密度峰值聚类的欠定混合矩阵估计

针对欠定盲源分离问题, 提出了增强信号稀疏性的方法,并把具有噪声的基于密度空间聚类与寻找密度峰值聚类相结合用于估计混合矩阵。首先,把时域观测信号变换成时频域的稀疏信号,通过单源点检测突出信号的线性聚类特性,并采用镜像映射将线性聚类转变成致密聚类以便于进行密度基的聚类分析;然后,利用密度空间聚类搜寻密集数据堆中高密度的点和与之相应的邻域,以自动形成聚类簇的数量和初步聚类中心;最后,把获得的聚类数量作为密度峰值聚类的输入参数,在数据簇的范围内搜索其密度峰值以实现对聚类中心位置的进一步修正。以上方法不仅可提高混合矩阵的估计精度,而且估计量具有较高的一致性。     

基于势函数与压缩感知的欠定盲源分离

传统的基于K均值聚类算法及最小路径法的欠定盲源分离(BSS)两步法存在K值难以确定、对初始值敏感、噪声和奇异点难以排除以及相对缺乏理论依据等诸多不足。针对以上问题,提出了基于势函数及压缩感知理论的新型两步算法。首先利用多峰值粒子群寻优算法改进的势函数法来估计混合矩阵;然后利用估计矩阵来构建传感矩阵,并将基于正交匹配追踪的压缩感知算法引入欠定盲源分离过程中;最后实现源信号的重构。仿真实验结果表明,混合矩阵最高估计精度达到99.13%,重构信号干扰比均高于10 dB,很好地满足了重构精度的要求,验证了所提算法的有效性。所提算法对一维混合信号的欠定盲源分离具有良好的普适性和较高的准确率。     

蚁群聚类的欠定盲源分离方法

利用欠定盲源分离情况下稀疏源信号具有直线聚类的特点,提出了一种估计混叠矩阵的新方法。通过对混叠信号进行标准化处理,使混叠信号形成球形簇,将线性聚类转变成致密聚类;利用蚁群聚类算法对其进行搜索得到聚类中心,从而获得对混叠矩阵的精确估计。该方法能实现源信号数目未知情况下的欠定盲源分离,且能推广到三路或更多路观测信号的情况。对语音信号的仿真结果证明,该方法能精确地分离和恢复原始信号。     

Parameter optimization of moving horizon estimation based on hybrid intelligent algorithm

In the application of moving horizon estimation (MHE) algorithm, the window length will affect the estimation accuracy and the computing efficiency. For this kind of problem, a method of parameter optimization is proposed to obtain suitable window length. Firstly, in order to facilitate online solution, the optimization problem involved in the algorithm is transformed into a quadratic programming (QP) problem in matrix form. Secondly, for the time index and the estimated residual index that measure different properties, the normalization idea is adopted to incorporate them into the same dimension to design the fitness function, and a genetic optimization algorithm based on simulated annealing mechanism is given to search for the optimal window length. Finally, the proposed parameter optimization method is verified by two cases. The results show that the parameter optimization method has the advantages of excellent local search ability and sufficient convergence, and the window length obtained by this method can better take into account the two performance indexes of the MHE algorithm and improve the estimation performance.     

Mixing matrix estimation using discriminative clustering for blind source separation

Mixing matrix estimation in instantaneous blind source separation (BSS) can be performed by exploiting the sparsity and disjoint orthogonality of source signals. As a result, approaches for estimating the unknown mixing process typically employ clustering algorithms on the mixtures in a parametric domain, where the signals can be sparsely represented. In this paper, we propose two algorithms to perform discriminative clustering of the mixture signals for estimating the mixing matrix. For the case of overdetermined BSS, we develop an algorithm to perform linear discriminant analysis based on similarity measures and combine it with K-hyperline clustering. Furthermore, we propose to perform discriminative clustering in a high-dimensional feature space obtained by an implicit mapping, using the kernel trick, for the case of underdetermined source separation. Using simulations on synthetic data, we demonstrate the improvements in mixing matrix estimation performance obtained using the proposed algorithms in comparison to other clustering methods. Finally we perform mixing matrix estimation from speech mixtures, by clustering single source points in the time-frequency domain, and show that the proposed algorithms achieve higher signal to interference ratio when compared to other baseline algorithms.     

基于改进遗传算法的稀疏重构算法

稀疏重构算法中凸松弛法在恢复效率方面、贪婪追踪法在恢复精度方面存在不足,基于遗传算法迭代优化的思想,结合模拟退火以及多种群算法的优势,提出了基于模拟退火遗传算法和基于多种群遗传算法的启发式稀疏重构算法。所提算法均从传统遗传算法易陷入局部最优解的缺陷出发,分别通过保持个体间的差异性和提高种群多样性来搜索待求稀疏信号的全局最优解,并通过理论分析证明了所提算法参数选取及搜索策略的有效性。此外,以阵列信号处理中空间信源的波达方向（DOA）估计问题为例,验证所提算法的有效性。仿真结果表明,相较于正交匹配追踪OMP算法和基于l1范数奇异值分解的l1-SVD算法,所提算法提高了DOA估计的精度,且降低了运算复杂度,使其快速收敛至全局最优解。     

基于改进PSO和FCM的模糊辨识

为了提高T-S模糊模型的辨识精度和效率,本文提出了一种改进的粒子群算法和模糊C均值聚类算法相结合的模糊辨识新方法。在该方法中,针对粒子群算法在处理高维复杂函数时容易陷入局部极值的问题,提出了一种粒子群局部搜索和全局搜索动态调整的全新优化算法。模糊C均值聚类算法是模糊辨识最常用的方法之一,该算法简单,计算效率高,但是对初始化特别敏感,容易陷入局部最优。为了解决这一问题,利用改进粒子群算法的全局搜索能力优化聚类中心,显著地提高了算法的辨识精度和效率。最后,针对非线性系统进行建模仿真,仿真结果表明了本文方法的有效性和优越性。