基于投影梯度及下逼近方法的非负矩阵分解

在非负矩阵分解算法中,为提升基矩阵的稀疏表达能力,在不事先设定稀疏度的情形下,提出一种基于投影梯度及下逼近方法的非负矩阵分解算法——PGNMU。通过引入上界的约束条件,利用基于投影梯度的交替迭代方法提取基矩阵的重要特征并加以应用。在人脸数据库CBCL和ORL上的实验结果表明,该方法能改进基矩阵的稀疏描述能力,且其识别率也优于已有方法。     

基于稀疏约束的半监督非负矩阵分解算法

矩阵分解因可以实现大规模数据处理而具有十分广泛的应用。非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)是一种在约束矩阵元素为非负的条件下进行的分解方法。利用少量已知样本的标注信息和大量未标注样本,并施加稀疏性约束,构造了一种新的算法——基于稀疏约束的半监督非负矩阵分解算法。推导了其有效的更新算法,并证明了该算法的收敛性。在常见的人脸数据库上进行了验证,实验结果表明CNMFS算法相对于NMF和CNMF等算法具有较好的稀疏性和聚类精度。     

基于多核学习的投影非负矩阵分解算法

非负矩阵分解(NMF)把给定的数据矩阵分解成低维的非负基矩阵和对应的系数矩阵,两者之间存在必然联系。为此,研究者将基矩阵转换为系数矩阵的投影,进一步提高分解效率。但是该方法无法处理非线性数据,核函数的引入部分解决了此问题,却同时导致核函数参数选择的问题。基于多核学习理论,提出了一种多核学习的投影非负矩阵分解(MKPNMF)算法,该算法有效地避免了核函数参数选择的问题,同时提高了学习性能。在实际人脸数据上的实验结果表明,MKPNMF较已有的NMF类方法具备明显的性能优势。     

ADMM稀疏非负矩阵分解语音增强算法

提出一种基于交替方向乘子法的（Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM）稀疏非负矩阵分解语音增强算法,该算法既能克服经典非负矩阵分解（Nonnegative Matrix Factorization,NMF）语音增强算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,也能发挥ADMM分解矩阵具有的强稀疏性。算法分为训练和增强两个阶段：训练时,采用基于ADMM非负矩阵分解算法对噪声频谱进行训练,提取噪声字典,保存其作为增强阶段的先验信息;增强时,通过稀疏非负矩阵分解算法,从带噪语音频谱中对语音字典和语音编码进行估计,重构原始干净的语音,实现语音增强。实验表明,该算法速度更快,增强后语音的失真更小,尤其在瞬时噪声环境下效果显著。     

基于改进非负矩阵分解的手背静脉识别算法

为提高手背静脉识别过程中特征的有效性,提出了一种基于改进非负矩阵分解（NMF）的识别算法．首先,静脉图像经过分块后,将每一块子图像的像素均值与平均梯度幅值作为图像原始特征;其次,将所有训练样本原始特征形成的特征矩阵进行非负矩阵分解,其中对分解后的系数向量加以稀疏性与可区分性约束,从而形成改进的非负矩阵分解模型;再次,基于梯度投影法对提出的非负矩阵分解模型进行求解,获取新的特征基与特征向量;最后,利用最近邻匹配算法对特征向量进行分类,实现身份的识别．实验结果表明,提出的识别算法可获得较高的识别率,处理过程具有较好实时性．     

基于线性投影结构的非负矩阵分解

非负矩阵分解(Non-negative matrix factorization, NMF)是一个近年来非常流行的非负数据处理方法, 它常用于维数约减、特征提取和数据挖掘等. NMF定义中采用的数学模型基于非线性投影结构构造, 这决定了NMF降维需借助计算量很大的迭代操作来实现. 此外, 由此模型提取的NMF特征常不稀疏, 这与NMF的设计期望相差甚远. 为一并解决上述两个问题, 本文提出了一个新的模型---基于线性投影结构的NMF (Linear projection-based NMF, LPBNMF), 并构造了一个单调的LPBNMF算法. 从数学的角度看, LPBNMF可理解为实现NMF的一种特殊方式. LPBNMF降维通过线性变换来完成, 它所采用的数学模型的自身结构特点决定了由其得到的特征一定非常稀疏. 大量的比较实验表明, PBNMF的降维效率显著高于NMF, LPBNMF特征明显比NMF特征更稀疏和局部化. 最后, 基于AR人脸数据库的实验揭示, LPBNMF特征比NMF、LDA以及PCA等特征更适合于用最近邻分类法处理有遮挡人脸识别问题.     

稀疏卷积非负矩阵分解的语音增强算法

非平稳噪声和低信噪比条件下提高增强语音质量一直以来都是语音增强研究的难题。近年来,卷积非负矩阵分解在语音增强算法中成功应用,本文进一步考虑语音信号在时频域的稀疏性,提出了稀疏卷积非负矩阵分解(Sparse Convolutive Nonnegative Matrix Factorization, SCNMF)的语音增强算法。该算法包括训练和增强两个阶段。训练阶段通过SCNMF算法分别对纯净语音和噪声的频谱进行训练,得到纯净语音和噪声字典,并将其作为增强阶段的先验信息。增强阶段首先通过SCNMF算法对带噪语音的频谱进行分解,然后利用纯净语音和噪声联合字典对语音编码矩阵进行估计,重构增强语音。本文通过实验仿真分析了稀疏因子对增强语音质量的影响。实验结果表明,在非平稳噪声和低信噪比条件下,本文算法增强效果均优于多带谱减、非负矩阵分解、卷积非负矩阵分解等传统的算法。     

基于反馈稀疏约束的非负张量分解算法

为了充分利用图像本身的结构信息并充分压缩图像数据,把得到的子空间中数据(反馈)的稀疏性作为约束项加入非负张量分解目标函数中,即采用基于反馈稀疏约束的非负张量分解算法对图像集合进行降维。最后,将该算法应用于手写数字图像库中,实验结果表明所提出的方法能有效改善图像分类的准确性     

双层非负矩阵分解的分形图像压缩算法

分形图像压缩作为一种基于结构的图像压缩技术,在许多图像处理中得到了应用.但是分形图像压缩的编码阶段非常耗时,且重建图像的质量效果不佳.针对这些问题,提出了一种基于双层非负矩阵分解的分形图像压缩编码算法.在传统的非负矩阵分解理论上,将投影非负矩阵分解与L3/2范数约束相结合,可以在较短的时间内提取具有代表性的图像特征.算...     

基于非负矩阵分解的人脸识别算法的改进

非负矩阵分解方法是基于局部特征的特征提取方法,已经成功用于人脸识别。研究基于非负矩阵分解的人脸图像识别的改进算法是一个有重要意义的研究课题。采用二维非负矩阵分解方法(2DNMF)和对角非负矩阵分解方法(Di-aNMF),并且使用正交的基矩阵进行Matlab实验。实验结果表明,以上改进措施能够有效提高人脸图像识别的正确率。     

稀疏性正则化非负矩阵分解的在线学习方法

针对非负矩阵分解效率低的不足,提出一种基于在线学习的稀疏性非负矩阵分解的快速方法.通过对目标函数添加正则化项来控制分解后系数矩阵的稀疏性,将问题转化成稀疏表示的字典学习问题,利用在线字典学习算法求解目标函数,并对迭代过程的矩阵更新进行转换,采取块坐标下降法进行矩阵更新,提高算法收敛速度.实验结果表明,该方法在有效保持图像特征信息的同时,运行效率得到提高.     

基于非负矩阵分解的人脸识别算法的改进

非负矩阵分解方法是基于局部特征的特征提取方法，已经成功用于人脸识别。研究基于非负矩阵分解的人脸图像识别的改进算法是一个有重要意义的研究课题。采用二维非负矩阵分解方法（2DNMF）和对角非负矩阵分解方法（DiaNMF），并且使用正交的基矩阵进行Matlab实验。实验结果表明，以上改进措施能够有效提高人脸图像识别的正确率。     

联合稀疏非负矩阵分解和神经网络的语音增强

针对基于非负矩阵分解(non-negative matrix factorization, NMF)的语音增强方法在低信噪比部分和无结构特征的清音部分会引入失真这一问题,利用语音信号在时频域呈现的稀疏特性和深度神经网络在语音增强应用中表现出的谱重构特性,提出了一种联合稀疏非负矩阵分解和深度神经网络的单通道语音增强方法.首先对带噪语音的幅度谱进行非负矩阵分解得到与语音字典和噪声字典相对应的稀疏编码矩阵,其中语音字典和噪声字典通过对纯净语音和噪声进行训练预先得到,以维纳滤波方法恢复出语音成分的主要结构;然后利用深度神经网络在语音增强中表现出的时频保持特性,通过深层网络学习经维纳滤波分离出的语音的对数幅度谱和理想纯净语音对数幅度谱之间的非线性映射函数,进而恢复出语音结构的缺失成分.实验结果表明：所提方法可以有效抑制噪声且较好地恢复出语音成分,在语音感知质量和对数谱失真性能评价指标上均优于基线方法.     

Convergence Analysis of Non-Negative Matrix Factorization for BSS Algorithm

In this paper the convergence of a recently proposed BSS algorithm is analyzed. This algorithm utilized Kullback–Leibler divergence to generate non-negative matrix factorizations of the observation vectors, which is considered an important aspect of the BSS algorithm. In the analysis some invariant sets are constructed so that the convergence of the algorithm can be guaranteed in the given conditions. In the simulation we successfully applied the algorithm and its analysis results to the blind source separation of mixed images and signals.     

基于LNMF分解的人脸识别

人脸识别在模式识别领域的发展和应用方面都有着重要意义,目前是一个非常活跃的研究方向。在基于子空间方法的人脸识别中,提出用局部NMF方法提取人脸子空间特征,该方法能够提取图像的局部特征信息,有利于提高人脸识别率。文章将Bagging思想用于神经网络,进一步提高神经网络的分类准确率和泛化能力。     

非负子空间聚类指导下的非负矩阵分解

非负矩阵分解作为一种有效的数据表示方法被广泛应用于模式识别和机器学习领域。为了得到原始数据紧致有效的低维数据表示,无监督非负矩阵分解方法在特征降维的过程中通常需要同时发掘数据内部隐含的几何结构信息。通过合理建模数据样本间的相似性关系而构建的相似度图,通常被用来捕获数据样本的空间分布结构信息。子空间聚类可以有效发掘数据内部的子空间结构信息,其获得的自表达系数矩阵可用于构建相似度图。该文提出了一种非负子空间聚类算法来发掘数据的子空间结构信息,同时利用该信息指导非负矩阵分解,从而得到原始数据有效的非负低维表示。同时,该文还提出了一种有效的迭代求解方法来求解非负子空间聚类问题。在两个图像数据集上的聚类实验结果表明,利用数据的子空间结构信息可以有效改善非负矩阵分解的性能。     

应用稀疏约束的非负正则矩阵学习算法

针对非负矩阵分解后的数据稀疏性较低,训练样本偏多导致运算规模持续增大的普遍现象,本文提出基于稀疏约束的非负正则矩阵学习算法,本文算法是在样本几何结构信息条件上执行非负矩阵分解操作,并且与学习算法结合,不仅能够有效保持样本局部结构,还能够充分利用前期分解结果参加迭代运算,从而达到降低运算时间目的. 本文实验表明与其他算法比较来说,本文方法在ORL人脸数据库上最多节省时间14.84 s,在COIL20数据集上为136.1 s;而在分解后数据的稀疏性上,本文方法在ORL人脸数据库上的稀疏度提高0.0691,在COIL20数据集上为0.0587. 实验结果表明了算法有效性.     

基于邻近交替线性化的稀疏非负矩阵分解算法

结合稀疏约束与邻近交替线性化(PALM),提出稀疏非负矩阵分解算法(SNMF_PALM)。将非凸的平滑剪切绝对偏差函数作为稀疏正则项,获得逼近L0范数的最佳凸松弛,并利用PALM算法对非凸问题进行求解,得到SNMF_PALM算法的局部稳定最优解。在人脸数据库上将SNMF_PALM算法与SNMF、NMF算法进行实验对比,结果表明SNMF_PALM算法具有更好的聚类性能。