基于核函数的谱嵌入聚类算法

谱嵌入聚类(SEC)算法要求样本满足流形假设,样本标签总是可以嵌入到一个线性空间中去,这为线性可分数据的谱嵌入聚类问题提供了新的思路,但该算法使用的线性映射函数不适用于处理高维非线性数据。针对这一问题,通过核化线性映射函数,建立了基于核函数的谱嵌入聚类(KSEC)模型,该模型既能解决线性映射函数不能处理非线性数据的问题,又实现了对高维数据的核降维。在真实数据集上的实验分析结果表明,使用所提算法后聚类正确率平均提高了13.11%,最高可提高31.62%,特别在高维数据上平均提高了16.53%,而且在算法关于参数的敏感度实验中发现算法的稳定性更好。所以改进后的算法对高维非线性数据具有很好的聚类效果,获得了比传统谱嵌入聚类算法更高的聚类准确率和更好的聚类性能。所提方法可以用于诸如遥感影像这类复杂图像的处理领域。     

基于启发式确定类数的NJW谱聚类算法

基于图论理论的NJW谱聚类算法的核心思想是将数据点映射到特征空间后再利用K-means算法进行聚类,从而得到原始数据的聚类结果。NJW算法是K-means算法的推广,并且在任意形状的数据上都具有较好的聚类效果,从而有着广泛的应用。但是,类数C和高斯核函数中的尺度参数σ较大程度地影响着NJW的聚类性能;另外,K-means对随机初始值的敏感性也影响着NJW的聚类结果。为此,一种基于启发式确定类数的谱聚类算法(记为DP-NJW)被提出。该算法先根据数据的密度分布确定类中心点和类数,这些类中心点作为特征空间中K-means聚类的初始类中心,然后用NJW进行聚类。文中通过实验将DP-NJW算法和经典聚类算法在7个公共数据集上进行测试和对比,其中DP-NJW算法在5个数据集上的聚类精度高于NJW的平均聚类精度,在另2个数据集上二者持平。对比DPC算法,所提算法在5个数据集上也有不俗的聚类精度,而且DP-NJW的计算消耗较小,在较大的数据集aggregation上表现更为突出。实验结果表明,文中所提的DP-NJW算法更具优势。     

基于PCA的社团结构谱聚类改进算法

为了分析复杂网络和复杂系统的结构和功能特性,提出一种基于谱聚类和主成分分析(principle component analysis,PCA)的网络社团结构检测算法.利用主成分分析方法分析网络中社团结构的拓扑特点,通过压缩网络数据获得网络主要信息,提出了用于确定传统谱聚类中特征向量个数的方法,并在此基础上改进了谱聚类算法.该算法应用于海豚网络和足球网络等网络实例.实验结果表明,该算法可以根据网络结构动态获得特征向量个数,社团划分结果可行有效.     

一种基于ELM-AE特征表示的谱聚类算法

在实际应用中,数据点中包含的冗余特征和异常值(噪声)严重影响了聚类中更显著的特征的发现,大大降低了聚类性能。本文提出了一种基于ELM-AE (extreme learning machine as autoencoder)特征表示的谱聚类算法(spectral clustering via extreme learning machine as autoencoder, SC-ELM-AE)。ELM-AE通过奇异值分解学习源数据主要特征表示,使用输出权值实现从特征空间到原输入数据的重构;再将该特征表示空间作为输入进行谱聚类。实验表明,在5个UCI数据集验证中,SC-ELM-AE算法性能优于传统的K-Means、谱聚类等现有算法,特别是在复杂高维数据集PEMS-SF和TDT2_10上,聚类平均精确度均提高30%以上。     

一种基于流形距离核的谱聚类算法

针对标准谱聚类算法中,基于欧氏距离的相似性度量不能完全反映数据聚类复杂的空间分布特性的问题,提出了一种基于流形距离核的谱聚类算法.它能充分挖掘数据集中的内在结构信息,较好地反映局部和全局一致性,并且可以很好地防止"桥"噪声点的影响,提高算法的聚类性能.与传统的聚类算法和常见谱聚类算法进行了比较,在人工数据集和UCI数据集上的实验都验证了本算法能够获得更好的聚类效果.     

一种基于深度谱空网络的高光谱图像聚类方法

通常无监督算法在对高光谱数据进行聚类时仅使用光谱信息,忽略了空间信息,使得聚类准确率较低.针对上述问题提出一种基于深度谱空网络和无监督判别极限学习的高光谱图像聚类算法.利用深度谱空网络对高光谱数据进行光谱特征和空间特征的分层交叉学习,通过反复学习获得深度空谱特征,为后续无监督聚类提供方便.在三种高光谱图像上进行实验,结果表明,该算法获得的聚类效果优于其他基于极限学习机的方法和其他无监督方法.     

类属型数据核子空间聚类算法

现有的类属型数据子空间聚类方法大多基于特征间相互独立假设,未考虑属性间存在的线性或非线性相关性.提出一种类属型数据核子空间聚类方法.首先引入原作用于连续型数据的核函数将类属型数据投影到核空间,定义了核空间中特征加权的类属型数据相似性度量.其次,基于该度量推导了类属型数据核子空间聚类目标函数,并提出一种高效求解该目标函数的优化方法.最后,定义了一种类属型数据核子空间聚类算法.该算法不仅在非线性空间中考虑了属性间的关系,而且在聚类过程中赋予每个属性衡量其与簇类相关程度的特征权重,实现了类属型属性的嵌入式特征选择.还定义了一个聚类有效性指标,以评价类属型数据聚类结果的质量.在合成数据和实际数据集上的实验结果表明,与现有子空间聚类算法相比,核子空间聚类算法可以发掘类属型属性间的非线性关系,并有效提高了聚类结果的质量.     

谱聚类广义模型与典型算法分析

谱聚类能发现数据的非线性低秩结构,在模式识别等领域应用广泛.谱聚类与图模型、流形嵌入、积分算子理论等紧密相关,存在着潜在的联系,但相关理论尚缺乏系统的研究.文中首先从谱聚类的研究现状出发,介绍它的一般性问题,即再生核空间中的积分算子特征函数学习问题.然后讨论谱聚类与核主成分、核k-means算法、Laplacian特征映射、流形学习、判别分析之间的内在联系.进而简要分析NJW算法、Ncut算法、基于Nystrm方法的谱聚类算法、多尺度谱聚类算法以及多层谱聚类算法.最后总结存在的问题和未来的发展趋势.     

基于局部和全局信息的改进聚类算法

传统K-means算法在随机选取初始聚类中心时,容易导致结果不稳定,谱聚类算法直接在相似矩阵上进行分割,对结果的准确性影响较大,而局部和全局正则化聚类算法未考虑数据空间分布对结果的影响。为此,引入离散度矩阵对局部和全局正则化聚类算法进行改进。改进算法考虑数据的分布信息,通过在局部信息目标函数中引入离散度矩阵,结合全局信息的目标函数,将目标函数最小化问题转换为分解稀疏矩阵特征的问题。在UCI机器学习数据集和公共数据挖掘数据集上的实验结果表明,与K-means及标准谱聚类算法相比,该算法的预测精度更高。     

域间F-范数正则化迁移谱聚类方法

传统聚类算法在目标数据集被噪声或异常数据大量污染的场景下聚类效果不佳。针对此问题,在经典谱聚类算法(spectral clustering,SC)基础上加入迁移学习知识,提出了新的域间F-范数正则化迁移谱聚类算法(transfer spectral clustering based on inter-domain F-norm regularization,TSC-IDFR)。该算法通过第K最近邻原则为目标域数据从源域(历史数据)获取等量的可参照数据样本,然后基于域间F范数正则化机制,迁移这些源域可参照数据样本的谱聚类特征矩阵,以辅助目标域数据集上的谱聚类过程,从而解决实际问题中由于目标域数据污染带来的聚类难题,最终提高谱聚类效果。通过在模拟数据集和真实数据集上的仿真实验,证明了该算法的有效性。