基于误差采样的Nystrm谱聚类图像分割算法研究

谱聚类算法在聚类过程中要计算样本相似度矩阵,构造数据量大,并且要对拉普拉斯矩阵进行特征分解,计算比较耗时。Nystrm扩展方法通过部分采样数据来逼近原始特征空间,可以有效降低谱聚类算法的计算复杂度。采样点的选择是决定Nystrm扩展方法精度的重要因素,通过对Nystrm扩展方法的误差进行分析,结合图像特征信息,设计了一种新的采样方案。利用均匀采样方法对图像进行初步采样,并通过迭代的方法最小化采样点与像素点之间的误差,得到最终采样点特征值。通过在Berkeley图库上的图像分割实验表明了算法的可行性和有效性。     

MIMO雷达协方差矩阵重构波束形成算法

协方差矩阵类算法在MIMO雷达大失配误差情形下依然具有很强的鲁棒性,但往往存在计算复杂度较高的问题。针对高性能与低计算复杂度间的矛盾,提出对失配误差模型进行修正,从两方面改进算法:一方面基于双边约束的方式,在发射端和接收端分别建立单边导向矢量误差集,然后获取离散的联合导向矢量失配误差集;另一方面基于小不确定集模型结构特点,提出用K-means聚类算法获取少量加权特征采样点来代替原先大量的离散采样点,减少协方差矩阵重构所需采样点数,从而降低计算复杂度。仿真实验表明,所提算法在失配误差较大情形下具有很强的鲁棒性,且输出SINR性能达到最优。     

可变类谱聚类遥感影像分割

为实现遥感影像分割中类别数的准确、自动判别,提出了一种可变类谱聚类算法.根据影像的相似图构建权值矩阵和标准Laplacians矩阵,计算Laplacians矩阵较小特征值对应的特征向量生成特征向量矩阵,并视其与像素对应的向量行为像素特征点集;研究Laplacians矩阵处于不同（近似）块对角结构时类属同一目标类像素特征点的聚集性,定义聚类度指标,计算不同分割类别数对应聚类度;选择聚类度将发生最后一次较大跳变时的分割类别数作为算法估计类别数,并采用FCM（Fuzzy C-Means）算法划分该类别数对应像素特征点集实现影像分割.分别采用提出算法和基于特征间隙的算法分割合成及真实遥感影像.实验结果表明提出算法可准确地判别影像类别数.     

基于MapReduce的SimRank算法在图聚类中的应用

由Jeh和Widom提出的SimRank算法是一种普适"结构相似度"计算模型。由于SimRank算法采用迭代方式计算图节点间相似性,因此时间复杂度和空间复杂度都非常高。随着数据量的激增,单机运算能力不能满足大规模数据的计算要求。本文提出了基于MapReduce计算模型的分布式SimRank算法,利用该算法对RDF图进行相似度度量,然后利用分布式的AP聚类算法对图节点进行聚类分析。实验结果表明,该方法能够高效的完成图节点的相似度度量,实现图的有效聚类。     

改进地标点采样的加速谱聚类算法

传统的基于地标点的大规模加速谱聚类算法易受分布不均匀地标点和离群地标点影响.K-means等采样方法在面对大规模数据时,时间空间消耗较大.针对以上问题,文中提出了一种改进地标点采样的加速谱聚类算法.该算法通过地标点间成对相似度矩阵的标准差来衡量地标点的分布均匀程度,选取随机的多组地标点集中分布最均匀的一组,去除局部密度...     

基于局部密度构造相似矩阵的谱聚类算法

依据样本数据点分布的局部和全局一致性特征,提出了一种基于局部密度构造相似矩阵的谱聚类算法。首先通过分析样本数据点的分布特性给出了局部密度定义,根据样本点的局部密度对样本点集由密到疏排序,并按照设计的连接策略构建无向图;然后以GN算法思想为参考,给出了一种基于边介数的权值矩阵计算方法,经过数据转换得到谱聚类相似矩阵;最后通过第一个极大本征间隙出现的位置来确定类个数,并利用经典聚类方法对特征向量空间中的数据点进行聚类。通过人工仿真数据集和UCI数据集进行测试,实验结果表明本文谱聚类算法具有较好的顽健性。     

采用流形近邻传播聚类的极化SAR图像分类

针对传统近邻传播（Affinity Propagation, AP）聚类算法使用欧式距离构建相似度矩阵,不能有效描述极化SAR数据复杂分布的问题,本文提出一种新的基于联合流形距离的AP聚类算法(CMD-AP) 用于极化SAR图像分类。首先将待分类极化SAR图像分割成若干超像素,在相应的极化特征基础上加入图像纹理特征,利用拉普拉斯特征映射算法对特征降维;然后结合相干矩阵Wishart流形和特征矢量欧式流形作为流形距离测度,构造相似性矩阵;最后利用上述相似性矩阵,采用AP聚类算法,对极化SAR图像进行分类。该算法充分考虑了极化SAR数据集潜在的流形结构,将联合的流形距离测度引入AP算法中。实验表明,本文算法提高了极化SAR图像的分类精度,具有更优的区域一致性和边缘保持效果。      

半监督空谱局部判别分析的高光谱影像特征提取

为充分利用高光谱影像中蕴含的空谱特征,提出了一种半监督空谱局部判别分析的高光谱影像特征提取算法（S4LFDA）。鉴于高光谱数据集具有空间一致性,首先将像元进行空间重构,保存高光谱数据的近邻关系;其次引入光谱信息散度重构像元间的相似度;为了充分利用大量无标签样本提高算法性能,采用模糊C均值聚类算法对样本进行聚类分析得到伪标签;然后通过增加规范化项到局部力导引算法（FDA）的类内散度矩阵和类间散度矩阵中,以此保持无标签样本的聚类结构一致性;最后通过局部FDA算法来保持有标签样本类间散度最大化和类内散度最小化并求解最佳投影向量。S4LFDA算法既保持了数据集在光谱域的可分性,又保持了像元在空间区域内的近邻关系,合理利用有标签样本及无标签样本,提高了算法的分类性能。在Pavia University和Indian Pines数据集上进行实验,总体分类精度达到95.60%和94.38%。与其他维数约简算法相比,该算法有效提高了地物分类性能。     

使用谱聚类算法解决文本聚类集成问题

采用2个不同的谱聚类算法解决文本聚类集成问题.为使算法可扩展到大规模应用,基于代数变换,通过求解小规模矩阵的特征值分解问题避免了大规模矩阵的特征值分解问题,有效降低了2个谱聚类算法的计算复杂度.分别从矩阵扰动理论和图上的随机游走的角度解释了2个算法的有效性.在真实文本集上的实验结果表明:提出的代数变换方法是有效的,该方法可以有效提高谱聚类算法的运行效率;该聚类集成谱算法比其他常见的聚类集成算法更优越、更高效,可以有效解决文本聚类集成问题.     

一种基于张量积扩散的非监督极化SAR图像地物分类方法

针对相似度表达的困难性以及极化SAR图像中固有的相干斑噪声问题,该文提出了一种基于张量积(TPG)扩散的非监督极化SAR图像地物分类算法。张量积扩散一般用于光学图像的分割或检索,目前研究表明,其已可用于极化SAR(PolSAR)图像地物分类。基于张量积扩散可以稳健地度量数据点之间的测地线距离,因此能够更好地挖掘数据点之间内在的相似度信息。首先,将极化SAR图像进行分割,生成许多超像素;其次,基于超像素提取7种特征并生成一个特征向量,进而利用高斯核构建相似度矩阵;再次,基于已构建的相似度矩阵,利用张量积扩散沿着数据点的内在流形结构进行相似度的传播,实现全局的相似性度量,从而获得一个具有更强判别能力的相似度矩阵;最后,基于此相似度矩阵进行谱聚类以得到地物分类结果。该文在仿真和实测极化SAR图像上均进行了大量实验,并与4种经典算法进行对比,结果表明该方法可以有效地结合空间邻域相似度信息并取得更高的分类精度。      

基于谱聚类的用户关联关系挖掘

为了从用户地理空间分布数据中挖掘用户间关联关系,提出了一种基于谱聚类的关联关系挖掘算法.首先定义了关联度,用以衡量用户之间空间分布的相似性,基于关联度构造相似矩阵,再利用谱聚类方法对用户进行聚类分析,聚类结果表征了用户的关联关系.采用Silhouette指标和聚类准确率来衡量用户关系挖掘质量,同时与传统的K-Means方法进行了比较,通过真实数据集实验,结果表明该算法在实验数据集上能达到90％以上的聚类准确率,证明方法有效、可行.     

抽样子空间约束改进大数据谱聚类算法

在分析经典谱聚目标函数与加权核k-means目标函数等价基础上,设计了一种基于抽样子空间约束的改进大规模数据谱聚类算法,算法通过加权核k-means迭代优化避免矩阵特征分解的大量资源被占用,通过数据抽样及聚类中心的子空间约束,避免全部核矩阵都被使用,从而降低经典算法的时间空间复杂度。理论分析和实验结果表明,改进算法保持与经典算法相近聚类精度,提高了聚类效率,验证了改进算法的有效性。     

基于二叉树锚点的高光谱快速聚类算法

高光谱图像聚类问题一直是图像处理领域的研究热点。谱聚类算法是最流行的聚类算法之一,但其计算复杂度较大,难以处理大规模的高光谱图像数据。由于二叉树能够较快地选取锚点,因此基于二叉树锚点图,充分利用高光谱图像的光谱和空间特性,可保证聚类性能并降低计算复杂度。然而,该聚类算法一般采用有核的聚类方法,因此不可避免地引入了参数调节。在二叉树锚点选取的基础上,提出了一种基于二叉树锚点的高光谱快速聚类算法,该算法创新性地将二叉树锚点选取和无核聚类方法应用于高光谱图像中。首先,利用二叉树从高光谱数据中选取一些具有代表性的锚点;紧接着构造基于锚点的无核相似图,有效避免了通过人为调节热核参数来构造相似图;然后进行谱聚类分析获得聚类结果;最后,将该算法应用到高光谱图像聚类中。该算法不仅提高了聚类速度,还减少了原有热核参数调节。实验结果表明,与传统的聚类算法相比,所提算法能够在较短的时间内获得更佳的聚类精度。     

A Max‐Flow‐Based Similarity Measure for Spectral Clustering

In most spectral clustering approaches, the Gaussian kernel‐based similarity measure is used to construct the affinity matrix. However, such a similarity measure does not work well on a dataset with a nonlinear and elongated structure. In this paper, we present a new similarity measure to deal with the nonlinearity issue. The maximum flow between data points is computed as the new similarity, which can satisfy the requirement for similarity in the clustering method. Additionally, the new similarity carries the global and local relations between data. We apply it to spectral clustering and compare the proposed similarity measure with other state‐of‐the‐art methods on both synthetic and real‐world data. The experiment results show the superiority of the new similarity: 1) The max‐flow‐based similarity measure can significantly improve the performance of spectral clustering; 2) It is robust and not sensitive to the parameters.     

一种基于密度均值的谱聚类算法

传统谱聚类算法在构造相似度矩阵时,高斯核函数参数选取的无规律性会对聚类结果造成严重影响。针对的这一缺陷,提出一种基于密度均值的谱聚类算法。与传统算法不同,该算法选取样本点到周围K个样本点的平均距离作为尺度参数,并引入样本点的密度信息,使得聚类结果更符合实际样本的分布。同时,由于相似矩阵能自适应不同的局部密度,使得该算法对样本的空间分布并不敏感。在不同类型数据集上的实验验证了算法的有效性和较高的鲁棒性。     

密度敏感的谱聚类

谱聚类是近来出现的一种性能极具竞争力的聚类方法,它的成功很大程度依赖于相似性度量的选择.本文通过分析这一性质并结合数据聚类特性,提出一种数据依赖的相似性度量--密度敏感的相似性度量.该相似性度量可以有效描述数据的实际聚类分布.将其引入谱聚类得到密度敏感的谱聚类算法.与原有的谱聚类算法相比,新算法不仅能够处理多尺度聚类问题,而且对参数选择相对不敏感.算法有效性分析以及实验验证了所提算法的有效性和可行性.     

Robust Similarity Measure for Spectral Clustering Based on Shared Neighbors

Spectral clustering is a powerful tool for exploratory data analysis. Many existing spectral clustering algorithms typically measure the similarity by using a Gaussian kernel function or an undirected k‐nearest neighbor (kNN) graph, which cannot reveal the real clusters when the data are not well separated. In this paper, to improve the spectral clustering, we consider a robust similarity measure based on the shared nearest neighbors in a directed kNN graph. We propose two novel algorithms for spectral clustering: one based on the number of shared nearest neighbors, and one based on their closeness. The proposed algorithms are able to explore the underlying similarity relationships between data points, and are robust to datasets that are not well separated. Moreover, the proposed algorithms have only one parameter, k. We evaluated the proposed algorithms using synthetic and real‐world datasets. The experimental results demonstrate that the proposed algorithms not only achieve a good level of performance, they also outperform the traditional spectral clustering algorithms.