基于自组织的鲁棒非线性维数约减算法

现有的非线性维数约减算法需要求解大尺度特征值问题．由于特征值问题至少二次的计算复杂性,这类算法在大样本集上的应用较受限制．此外,现有算法的全局优化机制对于噪声较为敏感,且需要考虑“病态矩阵”的计算精度问题．提出时间复杂性为O(NlogN)的自组织非线性维数约减算法SIE.SIE的主要计算过程是局域的,可提高算法抗噪性、回避病态矩阵的计算精度问题．仿真表明,对于无噪数据和含噪数据,SIE均可获得优化或近似优化的重构质量．     

非线性维数约减算法在文档聚类中的应用

提出一种非线性维数约减算法——自组织等距嵌入实现高维文档数据的压缩,并在文档聚类实验中,与经典的线性维数约减算法—隐含语义索引进行了比较研究。实验结果表明,在复杂度显著低于LSI算法的同时,SIE算法取得了优于LSI算法的性能,且高于基准性能。     

基于局部重构与全局保持的半监督维数约减算法

针对基于局部与全局保持的半监督维数约减算法(LGSSDR)对部域参数选择比较敏感以及对部域图边权值设定不够准确的问题,提出一种基于局部重构与全局保持的半监督维数约减算法(工RGPSSDR)。该算法通过最小化局部重构误差来确定部域图的边权值,在保持数据集局部结构的同时能够保持其全局结构。在Extended YaleB和 CMU PIE标准人脸库上的实验结果表明LRGPSSDR算法的分类性能要优于其它半监督维数约减算法。     

半监督局部维数约减

在挖掘和分析高维数据任务中,有时只能获得有限的成对约束信息(must-link约束和cannot-link约束),由于缺乏数据类标号信息,监督维数约减方法常常不能得到满意的结果。在这种情况下,使用大量的无标号样本可以提高算法的性能。文中借助于成对约束信息和大量无标号样本,提出半监督局部维数约减方法(SLDR)。SLDR集成数据的局部信息和成对约束寻找一个最优投影,当数据被投影到低维空间时,不仅cannot-link约束中样本点对之间距离更远、must-link约束中样本点对之间距离更近,数据的内在几何信息还被保持。而且SLDR能推广为非线性方法,使之能够适应非线性数据的维数约减。在各种数据集上的实验结果充分验证了所提出算法的有效性。     

基于局部与全局保持的半监督维数约减方法

在很多机器学习和数据挖掘任务中,仅仅利用边信息(side-information)并不能得到最好的半监督学习(semi-supervised learning)效果,因此,提出一种基于局部与全局保持的半监督维数约减(local and global preserving based semi-supervised dimensionality reduction,简称LGSSDR)方法.该算法不仅能够保持正、负约束信息而且能够保持数据集所在低维流形的全局以及局部信息.另外,该算法能够计算出变换矩阵并较容易地处理未见样本.实验结果验证了该算法的有效性.     

边信息传播修正的半监督维数约减方法

现有基于边信息的半监督维数约减算法大都是直接将保留边信息和数据拓扑结构的目标函数相加,因此数据拓扑结构中的错误连接不会因已知的边信息而得到修正.提出通过边信息传播及修正机制将边信息融入到数据拓扑结构图中的方法,从而在保留边信息的同时保留更为真实的数据拓扑结构信息.实验结果表明本文所提出的算法较之其它算法,对数据降维后用于分类时可取得较高的准确率,且算法对创建的KNN图中的参数K最具鲁棒性.     

基于核函数-主成分维数约减的离群点检测

为了提高高维数据集合离群数据挖掘效率,该文分析传统的离群数据挖掘算法,提出一种离群点检测算法。该算法将非线性问题转化为高维特征空间中的线性问题,利用核函数-主成分进行维数约减,逐个扫描数据对象的投影分量,判断数据点是否为离群点,适用于线性可分数据集的离群点、线性不可分数据集的离群点的检测。实验表明了该算法的优越性。     

加权成对约束半监督局部维数约减算法

考虑到已有的半监督维数约减方法在利用边信息时将所有边信息等同,不能充分挖掘边所含信息,提出加权成对约束半监督局部维数约减算法(WSLDR).通过构建近邻图对边信息进行扩充,使边信息数量有所增加.另外,根据边所含信息量的不同构建边的权系数矩阵.将边信息融入近邻图对其进行修正,对修正后的近邻图和加权的成对约束寻找最优投影.算法不仅保持了数据的内在局部几何结构,而且使得类内数据分布更加紧密,类间数据分布更加分散.在UCI数据集上的实验结果验证了该算法的有效性.     

基于成对约束的非线性维数约减框架

半监督维数约简是指借助于辅助信息与大量无标记样本信息从高维数据空间找到一个最优低维判别空间,便于后续的分类或聚类操作,它被看作是理解基因序列、文本与人脸图像等高维数据的有效方法。提出一个基于成对约束的半监督维数约简一般框架（SSPC）。该方法首先通过使用成对约束和无标号样本的内在几何结构学习一个判别邻接矩阵;其次,新方法应用学到的投影将原来高维空间中的数据映射到低维空间中,以至于聚类内的样本之间距离变得更加紧凑,而不同聚类间的样本之间距离变得尽可能得远。所提出的算法不仅能找到一个最佳的线性判别子空间,还可以揭示流形数据的非线性结构。在一些真实数据集上的实验结果表明,新方法的性能优于当前主流基于成对约束的维数约简算法的性能。     

基于流形学习的极端学习机及其在人脸识别中的应用

极端学习机以其快速高效和良好的泛化能力在模式识别领域得到了广泛应用,然而现有的ELM及其改进算法并没有充分考虑到数据维数对ELM分类性能和泛化能力的影响,当数据维数过高时包含的冗余属性及噪音点势必降低ELM的泛化能力,针对这一问题本文提出一种基于流形学习的极端学习机,该算法结合维数约减技术有效消除数据冗余属性及噪声对ELM分类性能的影响,为验证所提方法的有效性,实验使用普遍应用的图像数据,实验结果表明本文所提算法能够显著提高ELM的泛化性能。     

改进的非线性数据降维方法及其应用

局部线性嵌入算法（Locally Linear Embedding,LLE）是基于流形学习的非线性降维方法之一。LLE利用样本点的近邻点的线性组合对每个样本点进行局部重构,而不同近邻个数的选取会产生不同的重构误差,从而影响整体算法的实施。提出了一种LLE的改进算法,算法有效地降低了近邻点个数对算法的影响,并很好地学习了高维数据的流形结构。所提方法的有效性在人造和真实数据的对比实验中得到了证实。     

基于密度信息的改进降维方法

扩散映射(diffusion maps)是一种基于流形学习的非线性降维方法。为了提高降维的效果, 根据近邻点的选取对diffusion maps的降维效果影响, 利用数据近邻点分布的不同, 挖掘该数据点局部的密度信息, 能够更好地保持数据的流形结构。利用样本点聚类后的类别信息构造密度信息指数, 提出了一种改进的diffusion maps算法, 有效地保持了高维数据中的流形结构, 所提的新算法在多种实验中得到了证实。     

基于非线性降维的人脸识别新算法

提出了一种有监督的非线性核子空间人脸识别新方法。在核邻域保持投影方法的局部邻域构建过程中引入监督机制,更好地利用了人脸训练样本的类别信息,提高人脸识别的效率;在获取最佳重建权矩阵的过程中引入一个正则项约束 ,降低了其对噪声的敏感性。实验阶段,采用了AT&T和Yale人脸库和最近邻分类器测试该方法。结果表明,这种方法是有效的,且较无监督的KNPP方法及传统的经典人脸识别法具有更好的识别率和鲁棒性。     

邻域参数动态变化的局部线性嵌入

局部线性嵌入是最有竞争力的非线性降维方法,有较强的表达能力和计算优势.但它们都采用全局一致的邻城大小,只适用于均匀分布的流形,无法处理现实中大量存在的非均匀分布流形.为此,提出一种邻域大小动态确定的新局部线性嵌入方法.它采用Hessian局部线性嵌入的概念框架,但用每个点的局部邻域估计此邻域内任意点之间的近似测地距离,然后根据近似测地距离与欧氏距离之间的关系动态确定该点的邻域大小,并以此邻域大小构造新的局部邻域.算法几何意义清晰,在观察数据稀疏和数据带噪音等情况下,都比现有算法有更强的鲁棒性.标准数据集上的实验结果验证了所提方法的有效性.     

一种邻域线性竞争的排列降维方法

局部线性嵌入算法以及局部切空间排列算法是目前对降维研究有着重要影响的算法, 但对于稀疏数据及噪声数据, 在使用这些经典算法降维时效果欠佳。一个重要问题就是这些算法在处理局部邻域时存在信息涵盖量不足。对经典算法中全局信息和局部信息的提取机制进行分析后, 提出一种邻域线性竞争的排列方法（neighborhood linear rival alignment algorithm, NLRA）。通过对数据点的近邻作局部结构提取, 有效挖掘稀疏数据内部信息, 使得数据整体降维效果更加稳定。通过手工流形和真实数据集的实验, 验证了算法的有效性和稳定性。     

基于最近邻的随机非线性降维

针对线性降维技术应用于具有非线性结构的数据时无法得到令人满意的结果的问题,提出一种新的着重于保持高维空间局部最近邻信息的非线性随机降维算法(NNSE)。该算法首先在高维空间中通过计算样本点之间的欧氏距离找出每个样本点的最近邻点,接着在低维空间中产生一个随机的初始分布;然后通过将低维空间中的样本点不断向其最近邻点的平均位置移动,直到产生稳定的低维嵌入结果。与一种先进的非线性随机降维算法——t分布随机邻域嵌入(t-SNE)相比,NNSE算法得到的低维结果在可视化方面与t-SNE算法相差不大,但通过比较两者的量化指标可以发现,NNSE算法在保持最近邻信息方面上明显优于t-SNE算法。     

A new quality assessment criterion for nonlinear dimensionality reduction

A new quality assessment criterion for evaluating the performance of the nonlinear dimensionality reduction (NLDR) methods is proposed in this paper. Differing from the current quality assessment criteria focusing on the local-neighborhood-preserving performance of the NLDR methods, the proposed criterion capitalizes on a new aspect, the global-structure-holding performance, of the NLDR methods. By taking both properties into consideration, the intrinsic capability of the NLDR methods can be more faithfully reflected, and hence more rational measurement for the proper selection of NLDR methods in real-life applications can be offered. The theoretical argument is supported by experiment results implemented on a series of benchmark data sets.     

流形学习中非线性维数约简方法概述

较为详细地回顾了流形学习中非线性维数约简方法,分析了它们各自的优势和不足.与传统的线性维数约简方法相比较,可以发现非线性高维数据的本质维数,有利于进行维数约简和数据分析.最后展望了流形学习中非线性维数方法的未来研究方向,期望进一步拓展流形学习的应用领域.     

基于Wasserstein距离概率分布模型的非线性降维

降维是大数据分析和可视化领域中的核心问题,其中基于概率分布模型的降维算法通过最优化高维数据模型和低维数据模型之间的代价函数来实现降维。这种策略的核心在于构建最能体现数据特征的概率分布模型。基于此,将Wasserstein距离引入降维,提出一个基于Wasserstein距离概率分布模型的非线性降维算法W-map。W-map模型在高维数据空间和其相关对应的低维数据空间建立相似的Wasserstein流,将降维转化为最小运输问题。在解决Wasserstein距离最小化的问题同时,依据数据的Wasserstein流模型在高维空间与其在低维空间相同的原则,寻找最匹配的低维数据投射。三组针对不同数据集的实验结果表明W-map相对传统概率分布模型可以产生正确性高且鲁棒性好的高维数据降维可视化结果。     

融合LLE和ISOMAP的非线性降维方法

局部线性嵌入（LLE）和等距映射（ISOMAP）在降维过程中都只单一地保留数据集的某一种特性结构, 从而使降维后的数据集往往存在顾此失彼的情况。针对这种情况, 借助流形学习的核框架, 提出融合LLE和ISOMAP的非线性降维方法。新的融合方法使降维后的数据集既保持着数据点间的局部邻域关系, 也保持着数据点间的全局距离关系。在仿真数据集和实际数据集上的实验结果证实了该方法的优越性。