结构化稀疏低秩子空间聚类

通过定义子空间结构化低秩正则项,将其与子空间结构化稀疏子空间聚类模型相结合,给出一个新的统一优化模型。新模型利用数据的类别属性和相似度互相引导,使得相似度具有判别性和一致性,类别属性具有一致性。相似度的判别性有利于将不同子空间的数据分为不同类,而一致性有利于将同一子空间的数据聚为一类。大量实验表明提出的方法优于一些典型的两步法和子空间结构化稀疏子空间聚类模型。     

判别性增强的稀疏子空间聚类

稀疏关系表示(SRR)是一种性能良好的子空间聚类算法,其利用一个数据样本和所有样本间的邻域关系作为新特征来学习自表示系数,由自表示系数矩阵构建相似度矩阵并通过谱聚类得到聚类结果。同时考虑相似度矩阵的稀疏性和聚集性,在SRR算法基础上提出一个判别性增强的稀疏子空间聚类模型。对邻域关系矩阵的自表示矩阵采用平方F范数代替SSR中的核范数,降低模型求解难度,并在邻域关系矩阵的自表示矩阵中引入新的正则项,保证自表示矩阵的类间判别性和邻域关系矩阵的类内聚集性,进一步优化聚类性能。实验结果表明：与SSC、LRR、LSR、BDR-B、SRR等模型相比,该模型具有较好的聚类性能;在MNIST、USPS、ORL数据集上,聚类错误率较SRR模型分别下降9.6、14.1、3.8个百分点;在Extended Yale B数据集上,针对2、3、5、8、10类聚类问题的聚类错误率较SRR模型分别下降0.39、0.72、1.32、2.73、3.28个百分点。     

结构加权相关自适应子空间聚类

针对结构稀疏子空间聚类不能很好地把握数据相似度一致性的问题，提出一种新的子空间聚类优化模型；结构加权相关自适应子空间聚类（Structured Weighted Correlation Adaptive Subspace Clustering，SWCASC）模型。该模型引入数据点的相关性对表示系数施加显式惩罚，同时利用分割和相似度的依赖关系，引入子空间结构范数。该模型使得数据类别标签具有一致性，相似度矩阵具有稀疏性和一致性，并具有自适应性。相似度矩阵的稀疏性有利于将不同子空间的数据分离，而一致性有利于将同一子空间的数据聚集。实验结果表明，该模型获得了理想的聚类效果，并优于其他方法。     

混合最小二乘回归的稀疏子空间聚类算法

稀疏子空间聚类的关键在于在求得真实反映数据集的相似度矩阵,然后将相似度矩阵代入谱聚类求解。相似度矩阵既要刻画数据集的子空间特性,同时也要反映出同一类数据点之间的两两相关程度,稀疏子空间聚类(SSC)专注于每一个数据表示系数的最大稀疏性,缺乏对数据集全局结构的描述;最小二乘回归(LSR)保证了同一类数据的结构相关性,但是不够稀疏。将最小二乘回归引入稀疏子空间聚类算法中,从而保证数据的相似度矩阵兼具稀疏性和分组效应。在运动分割和人脸聚类的实验中,将该算法和SSC、LSR算法对比,可以发现该算法在准确率上的优势。     

稀疏子空间聚类综述

稀疏子空间聚类(Sparse subspace clustering, SSC)是一种基于谱聚类的数据聚类框架. 高维数据通常分布于若干个低维子空间的并上, 因此高维数据在适当字典下的表示具有稀疏性. 稀疏子空间聚类利用高维数据的稀疏表示系数构造相似度矩阵, 然后利用谱聚类方法得到数据的子空间聚类结果. 其核心是设计能够揭示高维数据真实子空间结构的表示模型, 使得到的表示系数及由此构造的相似度矩阵有助于精确的子空间聚类. 稀疏子空间聚类在机器学习、计算机视觉、图像处理和模式识别等领域已经得到了广泛的研究和应用, 但仍有很大的发展空间. 本文对已有稀疏子空间聚类方法的模型、算法和应用等方面进行详细阐述, 并分析存在的不足, 指出进一步研究的方向.     

基于k最相似聚类的子空间聚类算法

子空间聚类是聚类研究领域的一个重要分支和研究热点,用于解决高维聚类分析面临的数据稀疏问题。提出一种基于k最相似聚类的子空间聚类算法。该算法使用一种聚类间相似度度量方法保留k最相似聚类,在不同子空间上采用不同局部密度阈值,通过k最相似聚类确定子空间搜索方向。将处理的数据类型扩展到连续型和分类型,可以有效处理高维数据聚类问题。实验结果证明,与CLIQUE和SUBCLU相比,该算法具有更好的聚类效果。     

基于类间相似性的聚类集成方法

聚类集成是聚类的一个重要分支,它用于融合多个基聚类,来生成具有鲁棒性和高质量的最终聚类划分。将原始信息转化为共协矩阵,通过共协矩阵得到最终聚类划分的聚类集成方法是目前很多研究者研究的内容,然而大多数研究者都忽略了聚类结果容易受到噪声的影响,且忽略了共协矩阵在数据量大时,时间以及空间复杂度高的问题。为了解决以上问题,该文设计了一种基于类间相似性的聚类集成方法(CSCE)。该方法首先基于证据积累模型找到原始对象之间的相似性,将原始对象划分为多个小簇。然后通过一种新的相似度计算方法,计算簇与簇之间的相似度,形成簇与簇的相似矩阵。最后通过归一化切割(NCUT)切图的方法,将簇相似矩阵划分为最终聚类结果。该方法将低质量异常对象按相似度并入与之相似的簇中,并在8个数据集上进行了实验。结果表明,该方法不仅聚类效果好,而且解决了传统共协矩阵时间以及空间复杂度高的问题。     

基于随机分块的稀疏子空间聚类方法

针对稀疏子空间聚类（SSC）方法聚类误差大的问题,提出了基于随机分块的SSC方法。首先,将原问题数据集随机分成几个子集,构建几个子问题;然后,采用交替方向乘子法（ADMM）分别求得几个子问题的系数矩阵,之后将几个系数矩阵扩充成与原问题一样大小的系数矩阵,并整合成一个系数矩阵;最后,根据整合得到的系数矩阵计算得到一个相似矩阵,并采用谱聚类（SC）算法获得原问题的聚类结果。相较于稀疏子空间聚类（SSC）、随机稀疏子空间聚类（S³COMP-C）、基于正交匹配追踪的稀疏子空间聚类（SSCOMP）、谱聚类（SC）和K均值（K-Means）算法中的最优算法,基于随机分块的SSC方法将子空间聚类误差平均降低了3.12个百分点,且其互信息、兰德指数和熵3个性能指标都明显优于对比算法。实验结果表明基于随机分块的SSC方法能降低子空间聚类误差,改善聚类性能。     

单步划分融合多视图子空间聚类算法

多视图子空间聚类方法因其可以揭示数据内在的低维结构而被广泛关注,但大多数现有的多视图子空间聚类算法直接将多个来自原始数据的充满噪声的相似度矩阵进行融合,并且通常是在得到一致的多视图表示之后再使用K均值算法聚类得到最终的结果,这种将表示的学习过程和后续的聚类过程分离的两阶段算法会导致无法得到最优的聚类结果.为了解决这些问题,提出一种单步划分融合多视图子空间聚类算法.该算法不是直接融合具有噪声和冗余信息的相似度矩阵,而是从相似度矩阵中提取出更具有判别性信息的划分级信息进行融合.提出一个新的框架,将表示学习、多视图信息融合以及最后的聚类过程整合在同一框架中.这三个过程彼此促进,好的聚类结果可以引导生成更好的多视图表示,从而得到更好的聚类效果.提出一种有效的轮替优化算法来解决由此得到的优化问题.最后,在四个真实的基准数据集上得到的实验结果可以证明提出方法的有效性以及先进性.     

局部约束加强的最小二乘回归子空间聚类*

针对最小二乘回归子空间聚类算法存在的数据局部相关性信息缺失、系数矩阵稀疏性不足的缺点,提出局部约束加强的最小二乘回归子空间聚类算法.在原始的最小二乘回归子空间聚类算法的基础上加入数据局部相关性约束,使表示系数矩阵的块对角性质更明显.同时,提出相似度矩阵构造方法,有效提高类内相似度,降低类间相似度.实验表明文中算法可以有效提高聚类的精确度,从而验证算法有效可行.     

基于格拉斯曼流形子空间融合的多视图聚类

现有的多视图聚类算法大多假设多视图数据点之间为线性关系,且在学习过程中无法保留原始特征空间的局部性;而在欧氏空间中进行子空间融合又过于单调,无法将学习到的子空间表示对齐。针对以上问题,提出了基于格拉斯曼流形融合子空间的多视图聚类算法。首先,将核技巧和局部流形结构学习结合以得到不同视图的子空间表示;然后,在格拉斯曼流形上融合这些子空间表示以得到一致性亲和矩阵;最后,对一致性亲和矩阵执行谱聚类来得到最终的聚类结果,并利用交替方向乘子法（ADMM）来优化所提模型。与核多视图低秩稀疏子空间聚类（KMLRSSC）算法相比,所提算法的聚类精度在MSRCV1、Prokaryotic、Not-Hill数据集上分别提高了20.83个百分点、9.47个百分点和7.33个百分点。实验结果验证了基于格拉斯曼流形融合子空间的多视图聚类算法的有效性和良好性能。     

基于一致图学习的鲁棒多视图子空间聚类

针对多视图数据分析易受原始数据集噪声干扰,以及需要额外的步骤计算聚类结果的问题,提出一种基于一致图学习的鲁棒多视图子空间聚类（RMCGL）算法。首先,在各个视图下学习数据在子空间中的潜在鲁棒表示,并基于该表示得到各视图的相似度矩阵。随后,基于得到的多个相似度矩阵学习一个统一的相似度图。最后,通过对相似度图对应的拉普拉斯矩阵添加秩约束,确保得到的相似度图具有最优的聚类结构,并可直接得到最终的聚类结果。该过程在一个统一的优化框架中完成,能同时学习潜在鲁棒表示、相似度矩阵和一致图。RMCGL算法的聚类精度（ACC）在BBC、100leaves和MSRC数据集上比基于图的多视图聚类（GMC）算法分别提升了3.36个百分点、5.82个百分点和5.71个百分点。实验结果表明,该算法具有良好的聚类效果。     

多样性表示的深度子空间聚类算法

针对深度子空间聚类问题中不同层次特征中互补信息挖掘困难的问题,在深度自编码器的基础上,提出了一种在编码器获取的低层和高层特征之间探索互补信息的多样性表示的深度子空间聚类（DRDSC）算法。首先,基于希尔伯特-施密特独立性准则（HSIC）建立了不同层次特征衡量多样性表示模型;其次,在深度自编码器网络结构中引入特征多样性表示模块,从而挖掘有利于提升聚类效果的图像特征;此外,更新了损失函数的形式,有效融合了多层次表示的底层子空间;最后,在常用的聚类数据集上进行了多次实验。实验结果表明,DRDSC在数据集Extended Yale B、ORL、COIL20和Umist上的聚类错误率分别达到1.23%、10.50%、1.74%和17.71%,与高效稠密子空间聚类（EDSC）相比,分别降低了10.41、16.75、13.12和12.92个百分点;与深度子空间聚类（DSC）相比,分别降低了1.44、3.50、3.68和9.17个百分点,说明所提出的DRDSC算法有更好的聚类效果。     

结构图正则低秩子空间聚类

针对结构稀疏子空间聚类中不能很好地保证相似度矩阵连接性的问题,给出了一个新的统一优化模型。首先,引入了表示系数矩阵的子空间结构范数,增加了低秩表示来揭示高维数据的全局结构。其次,为了使相似度矩阵具有类内统一,类间稀疏的作用,还定义了分组效应来捕获数据的内部几何结构,提出了结构图正则低秩子空间聚类模型。最后使用自适应惩罚的线性化交替法（LADMAP）来得到最优解。实验结果表明,该模型不但可以捕获数据的全局结构,而且还可以捕获数据的内在几何结构,迫使相关数据紧密结合,不相关数据松散分离,从而使得相似度矩阵与分割矩阵变得更加一致。     

Enhancing subspace clustering based on dynamic prediction

In high dimensional data, many dimensions are irrelevant to each other and clusters are usually hidden under noise. As an important extension of the traditional clustering, subspace clustering can be utilized to simultaneously cluster the high dimensional data into several subspaces and associate the low-dimensional subspaces with the corresponding points. In subspace clustering, it is a crucial step to construct an affinity matrix with block-diagonal form, in which the blocks correspond to different clusters. The distance-based methods and the representation-based methods are two major types of approaches for building an informative affinity matrix. In general, it is the difference between the density inside and outside the blocks that determines the efficiency and accuracy of the clustering. In this work, we introduce a well-known approach in statistic physics method, namely link prediction, to enhance subspace clustering by reinforcing the affinity matrix.More importantly,we introduce the idea to combine complex network theory with machine learning. By revealing the hidden links inside each block, we maximize the density of each block along the diagonal, while restrain the remaining non-blocks in the affinity matrix as sparse as possible. Our method has been shown to have a remarkably improved clustering accuracy comparing with the existing methods on well-known datasets.     

An extended EM algorithm for subspace clustering

Clustering high dimensional data has become a challenge in data mining due to the curse of dimensionality. To solve this problem, subspace clustering has been defined as an extension of traditional clustering that seeks to find clusters in subspaces spanned by different combinations of dimensions within a dataset. This paper presents a new subspace clustering algorithm that calculates the local feature weights automatically in an EM-based clustering process. In the algorithm, the features are locally weighted by using a new unsupervised weighting method, as a means to minimize a proposed clustering criterion that takes into account both the average intra-clusters compactness and the average inter-clusters separation for subspace clustering. For the purposes of capturing accurate subspace information, an additional outlier detection process is presented to identify the possible local outliers of subspace clusters, and is embedded between the E-step and M-step of the algorithm. The method has been evaluated in clustering real-world gene expression data and high dimensional artificial data with outliers, and the experimental results have shown its effectiveness.