模糊C均值聚类算法的有效性检验研究

模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)聚类算法是聚类算法中的经典算法,此算法引入了隶属度及模糊度的概念,应用范围及应用行业也更为广泛。FCM聚类算法的聚类划分受到数据分布的影响较大,模糊度参数的选择很容易影响聚类算法的聚类结果,且易陷入局部极值的问题。因此研究FCM聚类算法的有效性检验方法则具有非常意义。     

模糊C均值算法的聚类有效性评价

模糊C均值( FCM)聚类算法最终形成的聚类质量会受到初始值的设定、簇的个数选定及参数选择等多方面因素的影响。文中对最近发表的5种代表性聚类有效性指数在不同的数据维数、聚类个数和参数等条件下对FCM的聚类有效性评价结果进行对比分析。实验结果表明基于类内紧致度和类间离散度比值的聚类有效性指数对数据维度及噪声较为鲁棒,基于隶属度的聚类有效性指数不适于高维数据等,上述结果可帮助研究人员在不同的应用环境下选择合适的模糊聚类有效性函数。     

基于改进核模糊C均值类间极大化聚类算法

传统的核聚类仅考虑了类内元素的关系而忽略了类间的关系,对边界模糊或边界存在噪声点的数据集进行聚类分析时,会造成边界点的误分问题。为解决上述问题,在核模糊C均值（KFCM）聚类算法的基础上提出了一种基于改进核模糊C均值类间极大化聚类（MKFCM）算法。该算法考虑了类内元素和类间元素的联系,引入了高维特征空间的类间极大惩罚项和调控因子,拉大类中心间的距离,使得边界处的样本得到了较好的划分。在各模拟数据集的实验中,该算法在类中心的偏移距离相对其他算法均有明显降低。在人造高斯数据集的实验中,该算法的精度（ACC）、归一化互信息（NMI）、芮氏指标（RI）指标分别提升至0.9132,0.7575,0.9138。     

一种新的模糊聚类有效性指标

针对模糊C均值(FCM)算法聚类数需要预先设定的问题,提出了一种新的模糊聚类有效性指标。首先,计算簇中每个属性的方差,给方差较小的属性赋予较大的权值,给方差较大的属性赋予较小的权值,得到一种基于属性加权的FCM算法;然后,根据FCM改进算法得到的隶属度矩阵计算类内紧致性和类间分离性;最后,利用类内紧致性和类间分离性定义一个新的聚类有效性指标。实验结果表明,该指标可以找到符合数据自然分布的类的数目。基于属性加权的FCM算法可以识别不同属性的重要程度,增加聚类结果的准确率,使用FCM改进算法得到的隶属度矩阵定义的有效性指标,能够发现正确的聚类个数,实现聚类无监督的学习过程。     

利用空间信息的核模糊C均值聚类算法

模糊聚类,特别是模糊C均值聚类算法（FCM）广泛地运用到图像的分割中。但是传统的算法未对数据对特征进行优化,亦未考虑图像的空间信息,对噪声图像分割不理想。在FCM目标函数中引入核函数,用内核引导距离代替传统的欧式距离,同时考虑到邻近象素的影响,增加了空间约束项,提出了利用空间信息的核FCM算法。通过对模拟图和仿真脑部MR图像的分割实验证明,该算法可以有效的分割含有噪声图像。     

改进的粒子群优化模糊C均值聚类算法

针对传统模糊C均值聚类算法（FCM）存在对初值敏感和易陷入局部收敛的缺陷,利用改进的粒子群算法对FCM进行优化,提出一种新的模糊C均值聚类算法Improved PSOFCM,并建立基于熵的聚类有效性函数,对聚类算法的性能进行客观评价。数据集实验表明,Improved PSOFCM算法不仅能克服传统FCM算法的不足,而且在聚类正确率和有效性上也优于基于粒子群与基于遗传优化的FCM算法。     

基于模糊相关度的模糊C均值聚类加权指数研究

在极小化模糊C均值（FCM）聚类目标函数的过程中,针对目前模糊加权指数m的确定缺乏理论依据和有效评价方法的问题,提出了一种基于模糊相关度的模糊加权指数计算方法。首先定义模糊相关度的聚类有效性函数,然后通过Gauss迭代计算FCM聚类有效性并将其反馈到模糊加权指数的变化中,从而使m收敛到一个稳定的最优解。理论分析和实验结果表明,该算法是有效的,所得到加权指数m符合预期的结果。     

修正核函数模糊聚类算法

应用核函数度量的紧致性和分离性,给出了一种新的聚类有效性指标KKW,由KKW指标得到最优聚类数并用于修正核函数模糊聚类算法(MKFCM),由于经过了修正核函数的映射,使原来没有显现的特征突显出来。用MKFCM对Wine和glass数据集进行聚类,每一类的聚类正确度大于90%;对于缺失数据的Wisconsin Breast Cancer 数据,错分率为4.72%。该聚类方法在性能上比经典聚类算法有所改进,具有更快的收敛速度以及较高的准确度。仿真实验的结果证实了修正核聚类方法的可行性和有效性。     

结合蚁群聚类算法的模糊 C 均值聚类

模糊 C 均值(FCM)聚类算法采取随机选取聚类中心的方法,这种方法使得 FCM 算法在局部范围内容易获得最优解,但在全局范围内效果较差,且 FCM 算法中聚类簇的个数一般需要人为设定.面对上述种种问题,文中将蚁群聚类算法和 FCM 聚类算法进行结合,获得了一种改进的 FCM 聚类算法.该算法在初步聚类中利用蚁群聚类产生聚类中心和簇的个数,将产生的聚类中心提供给 FCM 算法进行再次聚类.利用蚁群聚类的全局搜索和并行运算的优点避免了聚类易陷入局部最优解的缺陷.经过实验验证,该算法较一般 FCM 算法具有更好的性能.     

结合蚁群聚类算法的模糊C均值聚类

模糊C均值（FCM）聚类算法采取随机选取聚类中心的方法,这种方法使得FCM算法在局部范围内容易获得最优解,但在全局范围内效果较差,且FCM算法中聚类簇的个数一般需要人为设定。面对上述种种问题,文中将蚁群聚类算法和FCM聚类算法进行结合,获得了一种改进的FCM聚类算法。该算法在初步聚类中利用蚁群聚类产生聚类中心和簇的个数,将产生的聚类中心提供给FCM算法进行再次聚类。利用蚁群聚类的全局搜索和并行运算的优点避免了聚类易陷入局部最优解的缺陷。经过实验验证,该算法较一般FCM算法具有更好的性能。     

模糊聚类有效性的研究进展

聚类有效性评价对聚类分析具有重要意义,是聚类分析的瓶颈之一。本文从基于数据集模糊划分的方法和基于数据集几何结构的方法两方面,归纳综述了常用的模糊聚类有效性评价函数,并讨论了模糊聚类最佳类别数的自动确定问题。     

核空间中的Xie-Beni指标及其性能

针对核空间中模糊聚类算法的有效性评价问题,以核非线性映射为工具,将Xie-Beni指标推广到核Hilbert空间,得到其对应的核化形式,并指出该核化指标与VLL指标的区别和联系．在此基础上,通过比较实验,研究了核化的Xie-Beni指标对高斯核宽度β和模糊指数m的稳定特性．结果表明,核化的Xie-Beni指标较之VLL等其他指标具有更好的性能和可靠性,可优先作为核模糊聚类算法的有效性判据．     

基于小波变换和KFCM的彩色图像分割

提出一种将小波变换和核模糊C均值聚类算法相结合的快速彩色图像分割算法。利用小波变换的多分辨率特性,在分辨率最大尺度上的LL子带进行均值漂移聚类,快速获得初始粗分割结果,在其基础上进行模糊核聚类分割,将上一层的结果用于下一层的初始化,重复至最低分辨率后用最小分类器对原始图像进行最终分割。实验结果证明,该算法分割速度快,对自然彩色图像的分割结果优于模糊C均值算法和均值漂移算法。     

基于特征加权的自适应FCM彩色图像分割算法

图像分割是模式识别、图像理解、计算机视觉等领域的重要研究内容.基于模糊C均值聚类(FCM)的图像分割是应用较为广泛的方法之一,但其存在需预先给出初始聚类数目,且要考虑各个特征对分类的不同影响等问题.通过引入ReliefF技术进行特征加权,结合聚类有效性指数自适应确定初始聚类数目、根据Laws纹理测度提取图像特征等措施,提出了一种新的FCM彩色图像分割算法.实验结果表明,该算法可以有效地提高图像分割效果,分割结果优于现有FCM图像分割方案.     

基于二维直方图的图像模糊聚类分割新方法

基于二维直方图的模糊聚类分割算法可以有效地抑制噪声的干扰。但是,FCM算法用于图像数据聚类时的最大缺陷是运算的开销太大,这就限制了这种方法在图像分割中的应用。该文根据FCM算法和灰度图像的特点,提出了一种适用于灰度图像分割的抑制式模糊C-均值聚类算法(S-FCM)。通过调节抑制因子α来提高分割速度和分类的正确率。实验结果表明,新算法对小目标灰度图像的分割效果优于FCM算法。     

基于核的模糊聚类算法

在聚类分析中,模糊c-均值算法是应用最广泛的聚类算法之一,针对该算法对初始化敏感,容易陷入局部极小点的缺点,论文提出了一种基于核的模糊聚类算法。在算法中将核方法与模糊可能性算法相结合,将模糊c-均值算法结果作为初始中心,放松了对隶属度归一化的条件,对噪声有更好的处理能力。IRIS数据和人造数据的实验结果表明该算法的有效性。     

Cluster validity for fuzzy criterion clustering

In this paper, we define a validity measure for fuzzy criterion clustering which is a novel approach to fuzzy clustering that in addition to being non-distance-based, addresses the cluster validity problem. The model is then recast as a bilevel fuzzy criterion clustering problem. We propose an algorithm for this model that solves both the validity and clustering problems. Our approach is validated via some sample problems.     

一个新的模糊聚类有效性指标

提出一个新的模糊聚类有效性指标。该指标能确定由模糊C-均值算法(FCM)所得模糊划分的最优划分和最优聚类数,结合了模糊聚类的紧致性和分离性信息,用类内加权平方误差和计算紧致性,用类间相似度计算分离性。在3个人造数据集和3个真实数据集上进行对比实验,结果证明该指标的性能优于其他有效性指标。     

一种基于几何概率的聚类有效性函数

聚类有效性是聚类分析中尚未解决的基本问题,最佳聚类数的确定是聚类有效性问题中的主要研究内容。以几何概率为理论依据,针对2维数据集提出了一种新的聚类有效性函数,用于确定最佳聚类数。该函数利用2维数据集与2维离散点集之间存在的对应关系,以2维离散点集在特征空间中的分布特征为依据,测度对应数据集的聚类结构,思路直观、容易理解。测度过程中,将点集中的点两两相连生成一个线段集合保存点集的结构信息,通过比较线段集合中线段方向取值与完全随机条件下线段方向取值的相对大小,构造聚类有效性函数。实验结果表明,针对给定的样本数据集,生成该函数的曲线,再根据曲线的形态能够有效地确定2维数据集的最佳聚类数,指导聚类算法设计。