基于整体和局部相似性的序列聚类算法

现有的很多序列聚类算法是基于“局部特征可以表征整个序列”的假设来进行的,即不区分实际应用中序列的整体相似性和局部相似性.这对存在保守子模式的序列,如DNA和蛋白质序列是适用的,但对一些注重整体序列相似性的应用领域,如:在交易数据库中用户购买行为的比较,时间序列数据中全局模式的匹配等,由于难以产生频繁子模式,用基于全局相似性的度量方法进行聚类显得更为合理.此外,在基于局部相似性的序列聚类算法中,选取的局部子模式表征序列的能力也有待进一步提高.由此,针对不同应用领域,分别提出基于整体相似性的序列聚类算法GSClu和基于局部相似性的序列聚类算法LSClu.GSClu和LSClu分别利用带剪枝策略的二分k均值算法和基于有gap约束的强区分度子模式方法对各自领域的序列数据进行聚类.实验采用交易序列数据和蛋白质序列数据,实验结果表明,GSClu和LSClu对各自领域的序列数据具有较快的处理速度和良好的聚类质量.     

基于事件的时间序列相似性度量方法

为了在时间序列相似性度量过程中更好地体现用户的需求,提高相似性度量的准确度,提出了基于事件的时间序列相似性度量方法（SMBE）。首先将用户的需求定义为事件,将原始时间序列转化为事件序列;然后,构建了基于事件序列的相似性度量模型（SMBE）,SMBE定义了不同事件序列中各元素之间的相似性,并构成相应的相似性矩阵,对相似性矩阵进行搜索得到最优路径的值作为序列之间的相似性度量;最后,提出了基于SMBE的聚类方法。实验表明,在参数设置合理的情况下,能获得接近0.90的聚类精度。     

基于ACF非线性趋势特征的时间序列聚类

在时间序列挖掘工作中,比如聚类和分类,需要计算距离来衡量时间序列样本之间的相似性,有许多研究都致力于时间序列相似性度量的研究.充分利用非线性趋势特征来进行时间序列挖掘.首先计算时间序列的ACF,进而构造ACF的非线性趋势特征,利用该特征作为时间序列相似性度量来进行聚类,它给时间序列平稳性的判定提供了一种新的途径.列举了一个模拟数据和一个实际数据来进行实例验证,实验结果表明,ACF非线性趋势特征作为一种新的相似性度量,相对已有的一些相似性度量而言,ACF非线性趋势特征通常只需计算少量的若干特征值就能更合理地刻画时间序列的平稳性特征.借助K-means进行聚类实验.     

基于新的鲁棒相似性度量的时间序列聚类

针对存在异常值的时间序列数据,提出了一种基于相关系数鲁棒估计的时间序列间的鲁棒广义互相关度量（RGCC）。首先,引入一种鲁棒相关系数代替Pearson相关系数来计算时间序列数据间的协方差矩阵;其次,用新的协方差矩阵的行列式构造两个时间序列间的相似性度量——RGCC;最后,基于该度量计算出序列间的距离矩阵,将其作为聚类算法的输入对数据进行聚类。时间序列聚类仿真实验表明,对存在异常值点的时间序列数据,与基于原始的广义互相关度量（GCC）得到的聚类结果相比,基于RGCC得到的聚类结果明显更接近真实的聚类结果。可见,所提出的新的鲁棒相似性度量完全适用于存在异常值的时间序列数据。     

一种基于模糊核聚类的谱聚类算法

谱聚类是对样本拉普拉斯矩阵的特征向量进行聚类,不局限于原始数据的分布形状,可收敛于全局最优解,但不能准确反映样本间的实际关系,而模糊核聚类可利用模糊数学理论确定样本间的模糊关系。为此,在调整相似度度量函数和距离度量函数的基础上,将模糊核聚类融合到谱聚类算法中,提出SC-KFCM算法,利用模糊划分改进谱聚类中的硬划分,根据特征向量间的相似性和关联程度建立模糊隶属关系并对样本进行聚类,从而弥补谱聚类中硬划分部分对聚类结果造成的影响。实验结果表明,SC-KFCM算法在不同分布特点及维数的数据集上均取得了较稳定的聚类结果和较高的聚类精度。     

基于趋势的时间序列相似性度量和聚类研究

由于时间序列的长度很大,并且不确定时间序列在每个采样点的取值具有不确定性,导致时间序列在相似性匹配和聚类挖掘中时间复杂度很高,为了解决该问题,提出了基于趋势的时间序列相似性度量方法和聚类方法.其中基于趋势的相似性度量方法根据时间序列的整体变化趋势,将时间序列映射为短的趋势符号序列,并利用各趋势的一阶连接性指数和塔尼莫特系数完成相似性度量;基于趋势的聚类方法通过定义趋势高度,并对趋势符号序列迭代进行区间划分和趋势判断,并以此构建趋势树,最后将趋势树根节点中趋势符号相同的序列聚集为一类.实验结果表明:a)五种趋势符号的一阶连接性指数可唯一地表示一条时间序列;b)基于趋势的相似性度量方法在多项式时间内可有效完成时间序列的相似性匹配;c)基于趋势的聚类方法将序列的相似性度量和聚类过程集中在一起,聚类效果显著.     

基于时间序列相似性聚类的应用研究综述

在综合分析近年来时间序列数据挖掘相关文献的基础上从时间序列分割、相似性度量、时间序列聚类等方面对时间序列数据挖掘进行了综述,简要分析了基于时间序列相似性聚类的研究现状,对比较流行的算法进行了比较分析,对当前一些未解决的问题进行了简要介绍,并在此基础上对未来的发展趋势进行了展望,为研究者了解最新的基于时间序列相似性聚类研究动态、新技术及发展趋势提供了参考.     

基于数据挖掘的符号序列聚类相似度量模型

为了从消费者偏好序列中发现市场细分结构,采用数据挖掘领域中的符号序列聚类方法,提出一种符号序列聚类的研究方法和框架,给出RSM相似性度量模型。调整RSM模型参数,使得RSM可以变为与编辑距离、海明距离等价的相似性度量。通过RSM与其他序列相似性度量的比较,表明RSM具有更强的表达相似性概念的能力。由于RSM能够表达不同的相似性概念,从而使之能适用于不同的应用环境,并在其基础上提出自组织特征映射退火符号聚类模型,使得从消费者偏好进行市场细分结构研究的研究途径在实际应用中得以实现。     

基于全序列比对相似度的用户会话自动谱聚类

针对现有个性化推荐服务系统中用户会话聚类算法存在相似性度量准确性低和需要事先确定聚类数目的问 题,对序化的用户访问页面和对应的访问时间信息进行整合,提出一种基于动态规划算法的全序列比对方法来度量用 户会话的相似性。在此基础上,运用改进的NJ W谱聚类算法对用户会话进行自动谱聚类。实验结果表明,算法充分 考虑了用户会话的整体特征和局部信息,较相关比对算法具有更高的聚类性能,可以提高网站个性化推荐服务的效 率。     

一种新的非线性时间序列的聚类方法

由于现实世界中时间序列多数是非线性的,而现有的时间序列聚类问题大多是基于线性时间序列模型进行聚类的,提出了可以用于非线性时间序列的聚类方法。它基于KS二维检验统计量提出KS2D距离度量,是一种非参数的鲁棒性强的距离度量方式,它将时间序列的非线性相关结构放到距离度量之中,能够粗糙地识别时间序列形状和动态相关结构的相似性。与理论研究结果相一致,模拟实验结果也验证了这种距离度量的有效性。     

时间序列相似性半监督谱聚类

时间序列相似度是时间序列数据挖掘的重要研究方向之一。如何利用时间序列相似度对提高时间序列数据聚类有着重要的意义。提出一种基于时间序列相似度的半监督谱聚类算法,通过选取适当的时间序列特征构造相似度与距离,在谱聚类算法的基础上利用标签数据选取初始类簇。实验表明,该算法使具有相似特征的时间序列可以很有效地被聚集到同一类中。     

辅助信息自动生成的时间序列距离度量学习

对于时间序列聚类任务而言,一个有效的距离度量至关重要.为了提高时间序列聚类的性能,考虑借助度量学习方法,从数据中学习一种适用于时序聚类的距离度量.然而,现有的度量学习未注意到时序的特性,且时间序列数据存在成对约束等辅助信息不易获取的问题.提出一种辅助信息自动生成的时间序列距离度量学习(distancemetric learning based on side information autogeneration for time series,简称SIADML)方法.该方法利用动态时间弯曲(dynamic time warping,简称DTW)距离在捕捉时序特性上的优势,自动生成成对约束信息,使习得的度量尽可能地保持时序之间固有的近邻关系.在一系列时间序列标准数据集上的实验结果表明,采用该方法得到的度量能够有效改善时间序列聚类的性能.     

交通流时间序列分离方法

采用聚类分析方法对交通流时间序列进行分析可以发现典型的交通流变化模式。通常 可采用欧式距离及K均值算法进行时间序列聚类,但经分析发现单凭此方法还难以实现不同变化趋 势的交通流时间序列的有效分离。针对此问题,提出了将动态时间弯曲及灰色关联度引入交通流时 间序列相似性度量,且结合层次化聚类方法对交通流时间序列进一步分离的方法。通过实验研究,发 现基于灰色关联度的层次化聚类方法能较好地实现交通流时间序列的进一步有效分离。     

Characteristic-Based Clustering for Time Series Data

With the growing importance of time series clustering research, particularly for similarity searches amongst long time series such as those arising in medicine or finance, it is critical for us to find a way to resolve the outstanding problems that make most clustering methods impractical under certain circumstances. When the time series is very long, some clustering algorithms may fail because the very notation of similarity is dubious in high dimension space; many methods cannot handle missing data when the clustering is based on a distance metric.This paper proposes a method for clustering of time series based on their structural characteristics. Unlike other alternatives, this method does not cluster point values using a distance metric, rather it clusters based on global features extracted from the time series. The feature measures are obtained from each individual series and can be fed into arbitrary clustering algorithms, including an unsupervised neural network algorithm, self-organizing map, or hierarchal clustering algorithm.Global measures describing the time series are obtained by applying statistical operations that best capture the underlying characteristics: trend, seasonality, periodicity, serial correlation, skewness, kurtosis, chaos, nonlinearity, and self-similarity. Since the method clusters using extracted global measures, it reduces the dimensionality of the time series and is much less sensitive to missing or noisy data. We further provide a search mechanism to find the best selection from the feature set that should be used as the clustering inputs.The proposed technique has been tested using benchmark time series datasets previously reported for time series clustering and a set of time series datasets with known characteristics. The empirical results show that our approach is able to yield meaningful clusters. The resulting clusters are similar to those produced by other methods, but with some promising and interesting variations that can be intuitively explained with knowledge of the global characteristics of the time series.     

面向数据挖掘的时间序列聚类方法研究

一、引言自然界以及我们社会生活中的各种事物都在运动、变化和发展着,将它们按时间顺序记录下来,我们就可以得到各种各样的“时间序列”数据。对时间序列进行分析,可以揭示事物运动、变化和发展的内在规律,对于人们正确认识事物并据此作出科学的决策具有重要的现实意义。     

基于哈达玛变换的多元时间序列聚类研究

对当前聚类算法进行研究的基础上,提出了有效地实现多元时间序列聚类的方法.用离散哈达玛变换对多元数据进行降维,求出多元变量相关系数矩阵的特征值作为权值.采用带权值的矩阵相似性度量方法,利用改进的K-means算法对多元时间序列进行聚类分析.实验结果表明,该方法能够有效地实现多元时间序列聚类,把具有相似趋势变化的多元时间序列对象划分到同一类中.     

时间序列数据挖掘的相似性度量综述

在时间序列数据挖掘中, 时间序列相似性是一个重要的概念. 对于诸多算法而言, 能否与一种合适的相似性度量方法结合应用, 对其挖掘性能有着关键影响. 然而, 至今仍没有统一的度量相似性的方法. 对此, 首先综述了常用的相似性度量方法, 分析了各自的优点与不足; 其次, 讨论了近年来出现的时序相似性的新解释及其度量方法; 再次, 探讨了相似性度量在时序挖掘任务中的应用以及与挖掘精度的关系; 最后给出了关于时序相似性度量进一步的研究方向.     

基于聚类和支持向量机的非线性时间序列故障预报

针对非线性时间序列故障预报问题,提出了一种基于聚类和支持向量机的方法．将正常的时间序列按照K-均值聚类算法进行聚类学习,同时利用支持向量机回归的时间序列预测算法获得预测序列,然后通过比较聚类所得的正常原型和预测序列的相似性实现故障预报．仿真结果表明:本文提出的方法更能满足实时性的要求,也更为准确．     

基于形态相似距离的时间序列相似性度量

时间序列的相似性度量是时间序列分析的基础工作之一,是进行相似匹配的关键。针对欧几里德距离描述分段趋势的不足和各种模式距离对应分段之间距离值的离散化问题,提出一种基于形态相似距离的时间序列相似性度量方法,标准数据集上完成的识别和聚类实验表明了该方法的可行性和有效性。