多分类孪生支持向量机研究进展

孪生支持向量机因其简单的模型、快速的训练速度和优秀的性能而受到广泛关注.该算法最初是为解决二分类问题而提出的,不能直接用于解决现实生活中普遍存在的多分类问题.近来,学者们致力于将二分类孪生支持向量机扩展为多分类方法并提出了多种多分类孪生支持向量机.多分类孪生支持向量机的研究已经取得了一定的进展.本文主要工作是回顾多分类孪生支持向量机的发展,对多分类孪生支持向量机进行合理归类,分析各个类型的多分类孪生支持向量机的理论和几何意义.本文以多分类孪生支持向量机的子分类器组织结构为依据,将多分类孪生支持向量机分为：基于“一对多”策略的多分类孪生支持向量机、基于“一对一”策略的多分类孪生支持向量机、基于“一对一对余”策略的多分类孪生支持向量机、基于二叉树结构的多分类孪生支持向量机和基于“多对一”策略的多分类孪生支持向量机.基于有向无环图的多分类孪生支持向量机训练过程与基于“一对一”策略的多分类孪生支持向量机类似,但是其决策方式有其特殊的优缺点,因此本文将其也独立为一类.本文分析和总结了这六种类型的多分类孪生支持向量机的算法思想、理论基础.此外,还通过实验对比了分类性能.本文工作为各种多分类孪生支持向量机之间建立了联系比较,使得初学者能够快速理解不同多分类孪生支持向量机之间的本质区别,也对实际应用中选取合适的多分类孪生支持向量机起到一定的指导作用.     

基于马氏距离的孪生多分类支持向量机

孪生支持向量机(TWSVM)的研究是近来机器学习领域的一个热点。TWSVM具有分类精度高、训练速度快等优点,但训练时没有充分利用样本的统计信息。作为TWSVM的改进算法,基于马氏距离的孪生支持向量机(TMSVM)在分类过程中考虑了各类样本的协方差信息,在许多实际问题中有着很好的应用效果。然而TMSVM的训练速度有待提高,并且仅适用于二分类问题。针对这两个问题,将最小二乘思想引入TMSVM,用等式约束取代TMSVM中的不等式约束,将二次规划问题的求解简化为求解两个线性方程组,得到基于马氏距离的最小二乘孪生支持向量机(LSTMSVM),并结合有向无环图策略(DAG)设计出基于马氏距离的最小二乘孪生多分类支持向量机。为了减少DAG结构的误差累积,构造了基于马氏距离的类间可分性度量。人工数据集和UCI数据集上的实验均表明,所提算法不仅有效,而且相对于传统多分类SVM,其分类性能有明显提高。     

孪生支持向量机综述

孪生支持向量机(Twin Support Vector Machine,TWSVM)是在支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的基础上发展而来的一种新的机器学习方法。作为一种二分类的分类器,其基本思想为寻找两个超平面,使得每一个分类面靠近本类样本点而远离另一类样本点。作为一种新兴的机器学习方法,孪生支持向量机自提出以来便引起了国内外学者的广泛关注,已经成为机器学习领域的研究热点。对孪生支持向量机的最新研究进展进行综述,首先介绍了孪生支持向量机的基本概念与基本模型;然后对近几年来新型的孪生支持向量机模型与研究进展进行了总结,并对其代表算法进行了优缺点分析和实验比较;最后对将来的研究工作进行了展望。     

一种改进的偏二叉树孪生支持向量机算法及其应用

针对二叉树分类性能受其层次结构影响较大的问题,提出了一种改进的偏二叉树孪生支持向量机多分类算法。该算法定义了一种基于加权样本类内距离和类间距离的混合分离性测度β,根据β的大小构造出合理层次结构的偏二叉树孪生支持向量机分类器。通过UCI数据集,验证了改进算法相较于其它SVM多分类算法的优越性。以风电机组齿轮箱故障诊断作为研究对象,基于时频联合方法提取其故障特征,应用改进的偏二叉树孪生支持向量机算法实现了对齿轮箱故障的准确识别。     

基于对支持向量机的多类分类算法在入侵检测中的应用

针对基于传统支持向量机(SVM)的多类分类算法在处理大规模数据时训练速度上存在的弱势,提出了一种基于对支持向量机(TWSVM)的多类分类算法。该算法结合二叉树SVM多类分类思想,通过在二叉树节点处构造基于TWSVM的分类器来达到分类目的。为减少二叉树SVM的误差累积,算法分类前首先通过聚类算法得到各类的聚类中心,通过比较各聚类中心之间的距离来衡量样本的差异以决定二叉树节点处类别的分离顺序,最后将算法用于网络入侵检测。实验结果表明,该算法不仅保持了较高的检测精度,在训练速度上还表现了一定优势,尤其在处理稍大规模数据时,这种优势更为明显,是传统二叉树SVM多类分类算法训练速度的近两倍,为入侵检测领域大规模数据处理提供了有效参考价值。     

基于决策树对支持向量机的医学图像分类新方法

针对传统对支持向量机多类分类算法（Multi-TWSVM）中出现的模糊性问题,提出了一种基于遗传算法的决策树对支持向量机（GA-DTTSVM）多类分类算法。GA-DTTSVM用遗传算法对特征数据建立决策树,通过构建决策树可以分离样本的模糊区域,提高模糊区域样本的识别率。在决策树的每个节点上用对支持向量机（TWSVM）训练分类器,最后用训练的分类器进行分类和预测。实验结果表明,与决策树对支持向量机（DTTSVM）多类分类算法以及Multi-TWSVM相比,GA-DTTSVM多类分类算法具有较高的分类精度和较快的训练速度。     

基于人工鱼群算法的孪生支持向量机

孪生支持向量机（twin support vector machine, TWSVM）是在支持向量机的基础上产生的机器学习算法,具有训练速度快、分类性能优越等优点。但是孪生支持向量机无法很好地处理参数选择问题,不合适的参数会降低分类能力。人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm, AFSA）是一种群智能优化算法,具有较强的全局寻优能力和并行处理能力。本文将孪生支持向量机与人工鱼群算法结合,来解决孪生支持向量机的参数选择问题。首先将孪生支持向量机的参数作为人工鱼的位置信息,同时将分类准确率作为目标函数,然后通过人工鱼的觅食、聚群、追尾和随机行为来更新位置和最优解,最后迭代结束时得到最优参数和最优分类准确率。该算法在训练过程中自动确定孪生支持向量机的参数,避免了参数选择的盲目性,提高了孪生支持向量机的分类性能。     

改进AFSA算法优化TWSVM的火焰识别方法

为了快速有效地识别火灾火焰图像,提出了一种基于改进人工鱼群算法（IAFSA）的孪生支持向量机（TWSVM）的火焰识别方法。该方法根据RGB-YCbCr混合颜色空间模型中火焰像素的分布特点对火焰图像进行分割,并在此基础上提取火焰图像的相关特征;采用人工鱼群算法（AFSA）搜索TWSVM最优惩罚参数与核参数,并在AFSA算法中利用基于聚类的鱼群初始化方法来获得均匀的初始鱼群,同时采取自适应参数来调整人工鱼群的视觉范围和移动步长,另外在原有的三种行为的基础上提出了两种新的行为：跳跃行为和淘汰重生行为,提高了鱼群算法的寻优效率和求解精度;将提取的火焰各个特征量作为训练样本输入TWSVM模型进行训练;将待测试样本输入TWSVM模型进行分类识别。实验结果表明：相对于深度卷积神经网络VGGNet模型、Fast R-CNN算法、YOLO算法、传统支持向量机（SVM）、Grid-TWSVM、GA-TWSVM、PSO-TWSVM、FOA-TWSVM、GSO-TWSVM、AFSA-TWSVM,所提出的基于改进人工鱼群算法的孪生支持向量机的方法有效地提高了火焰识别准确率和实时性,解决了TWSVM在火焰识别时参数选择困难、常用参数寻优算法寻优时间长等问题。     

一种新的基于ART的支持向量机多类分类方法

基于支持向量机的二值分类原理，提出了一种由自适应共振理论方法与支持向量机相结合的改进型多类分类方法,此方法改进了传统支持向量机的一对一多类分类方法；对于每个二值分类器的结果进行决策时没有采用投票原则，而是采用自适应共振理论网络融合二值分类器的输出信息，从而克服了当分类器输出结果接近于O时投票法容易出现决策错误和票数相同时无法决策的不足．此算法已应用于玻璃的分类．仿真实验证明，此方法具有较好的分类效果．     

基于二叉树多类支持向量机的文本分类研究

文本分类是文本数据挖掘的基础和核心,为解决在文本分类中二值支持向量机不能进行多类分类的问题,论文提出采用二叉树对多个二值支持向量机(SVM)子分类器进行组合,并运用聚类分析中类距离方法规范二叉树生成过程的基于二叉树的多类支持向量机(MSVM)分类算法。实验数据表明,相对于KNN 算法和朴素贝叶斯算法,基于二叉树的MSVM 算法在文本分类上更具优越性。该算法已应用于科技奖励信息检索系统中,取得了良好的效果。     

基于改进型柯西变异灰狼优化算法训练的多层感知器

多层感知器MLP是处理分类问题的一种方法,可实现非线性高维度分类,并有很好的扩展能力.但是,在传统MLP的训练过程中,MLP分类结果的好坏与参数选择关系密切,而且传统算法的参数选择有很多缺陷.使用群智能算法替代传统多层感知器训练器是一种解决方案.灰狼优化算法GWO是其中一种兼顾高水平的探索和开发能力的算法.但是,GWO...     

基于超球和ASSRFOA的多生支持向量机

支持向量机(support vector machine, SVM)是一种基于结构风险最小化的机器学习方法, 能够有效解决分类问题. 但随着研究问题的复杂化, 现实的分类问题往往是多分类问题, 而SVM仅能用于处理二分类任务. 针对这个问题, 一对多策略的多生支持向量机(multiple birth support vector machine, MBSVM)能够以较低的复杂度实现多分类, 但缺点在于分类精度较低. 本文对MBSVM进行改进, 提出了一种新的SVM多分类算法: 基于超球(hypersphere)和自适应缩小步长果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm with adaptive step size reduction, ASSRFOA)的MBSVM, 简称HA-MBSVM. 通过拟合超球得到的信息, 先进行类别划分再构建分类器, 并引入约束距离调节因子来适当提高分类器的差异性, 同时采用ASSRFOA求解二次规划问题, HA-MBSVM可以更好地解决多分类问题. 我们采用6个数据集评估HA-MBSVM的性能, 实验结果表明HA-MBSVM的整体性能优于各对比算法.     

基于模糊双支持向量机的遥感图像分类研究

遥感图像的分类是研究土地利用变化的基础。传统的遥感图像分类方法存在运算速度慢、精度比较低和难以收敛等问题。提出了一种基于模糊双支持向量机的多类分类方法,将模糊技术引入到双支持向量机中,赋予不同样本以不同的模糊隶属度,然后将模糊双支持向量机推广到多类分类中,最后将新方法应用到遥感图像分类中。实验表明,新方法比传统的支持向量机多类分类方法有较高的分类精度,并且有较强的抗噪声能力,在运行时间上也是可行的。模糊双支持向量机是一种有效的遥感图像分类方法。     

基于能量的结构化最小二乘孪生支持向量机

针对最小二乘孪生支持向量机对噪声和离群值非常敏感的问题,本文提出了一种基于能量的结构化最小二乘孪生支持向量机。首先对每个类进行聚类分析,然后计算类中各个簇的协方差矩阵并将其引入到目标函数中。其次,为了降低噪声和离群值对算法的影响,本文为每个超平面引入能量因子,在最小二乘的基础上将等式约束转换为基于能量的形式。最后采用“多对一”的策略将提出的算法用于处理多分类问题。研究结果表明:本文提出的基于能量的结构化最小二乘孪生支持向量机具有良好的分类性能。     

基于混合模糊隶属度的模糊双支持向量机研究

双支持向量机是近年提出的一种新的支持向量机.在处理模式分类问题时,双支持向量机速度远远超过传统支持向量机,而且显示出较好的推广能力.但双支持向量机没有考虑不同输入样本点可能会对分类超平面的形成产生不同影响,在某些实际问题中具有局限性.为了克服这个缺点,提出了一种基于混合模糊隶属度的模糊双支持向量机.该算法设计了一种结合距离和紧密度的模糊隶属度函数,给不同的训练样本赋予不同的模糊隶属度,构建两个最优非平行超平面,最终实现二值分类.实验证明,该模糊双支持向量机的分类性能优于传统的双支持向量机.     

基于改进多隐层极限学习机的电网虚假数据注入攻击检测

虚假数据注入攻击(False data injection attacks, FDIA)严重威胁了电力信息物理系统(Cyber-physical system,CPS)的状态估计,而目前大多数检测方法侧重于攻击存在性检测,无法获取准确的受攻击位置.故本文提出了一种基于灰狼优化(Gray wolf optimization, GWO)多隐层极限学习机(Multi layer extreme learning machine, ML-ELM)的电力信息物理系统虚假数据注入攻击检测方法.所提方法将攻击检测看作是一个多标签二分类问题,不仅将用于特征提取与分类训练的极限学习机由单隐层变为多隐层,以解决极限学习机特征表达能力有限的问题,且融入了具有强全局搜索能力的灰狼优化算法以提高多隐层极限学习机分类精度和泛化性能.进而自动识别系统各个节点状态量的异常,获取受攻击的精确位置.通过在不同场景下对IEEE-14和57节点测试系统上进行大量实验,验证了所提方法的有效性,且分别与极限学习机、未融入灰狼优化的多隐层极限学习机以及支持向量机(Support vector machine, SVM)相比,所提方...