属性加权的类属型数据非模聚类

类属型数据广泛分布于生物信息学等许多应用领域,其离散取值的特点使得类属数据聚类成为统计机器学习领域一项困难的任务.当前的主流方法依赖于类属属性的模进行聚类优化和相关属性的权重计算.提出一种非模的类属型数据统计聚类方法.首先,基于新定义的相异度度量,推导了属性加权的类属数据聚类目标函数.该函数以对象与簇之间的平均距离为基础,从而避免了现有方法以模为中心导致的问题.其次,定义了一种类属型数据的软子空间聚类算法.该算法在聚类过程中根据属性取值的总体分布,而不仅限于属性的模,赋予每个属性衡量其与簇类相关程度的权重,实现自动的特征选择.在合成数据和实际应用数据集上的实验结果表明,与现有的基于模的聚类算法和基于蒙特卡罗优化的其他非模算法相比,该算法有效地提高了聚类结果的质量.     

不平衡数据的软子空间聚类算法

针对受均匀效应的影响,当前K-means型软子空间算法不能有效聚类不平衡数据的问题,提出一种基于划分的不平衡数据软子空间聚类新算法。首先,提出一种双加权方法,在赋予每个属性一个特征权重的同时,赋予每个簇反映其重要性的一个簇类权重;其次,提出一种混合型数据的新距离度量,以平衡不同类型属性及具有不同符号数目的类属型属性间的差异;第三,定义了基于双加权方法的不平衡数据子空间聚类目标优化函数,给出了优化簇类权重和特征权重的表达式。在实际应用数据集上进行了系列实验,结果表明,新算法使用的双权重方法能够为不平衡数据中的簇类学习更准确的软子空间;与现有的K-means型软子空间算法相比,所提算法提高了不平衡数据的聚类精度,在其中的生物信息学数据上可以取得近50%的提升幅度。     

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.     

基于自组织特征映射的聚类集成算法

为改善单一聚类算法的聚类性能,提出一种基于自组织特征映射(SOM)的聚类集成算法.该算法利用多个具有差异性的聚类成员,将原始数据集转换成一个新的特征空间矩阵;然后计算各个聚类成员的聚类综合质量,并将其作为新特征空间矩阵的属性权重,最后利用SOM神经网络进行集成,产生最终的共识聚类结果.实验结果表明,与集成前的基聚类算法和其它聚类集成算法相比,该算法能够有效地提高聚类质量.     

基于三支决策的多视图低秩稀疏子空间聚类算法

多视图子空间聚类是一种从子空间中学习所有视图共享的统一表示, 挖掘数据潜在聚类结构的方法. 作为一种处理高维数据的聚类方法, 子空间聚类是多视图聚类领域的研究热点之一. 多视图低秩稀疏子空间聚类是一种结合了低秩表示和稀疏约束的子空间聚类方法. 该算法在构造亲和矩阵过程中, 利用低秩稀疏约束同时捕捉了数据的全局结构和局部结构, 优化了子空间聚类的性能. 三支决策是一种基于粗糙集模型的决策思想, 常被应用于聚类算法来反映聚类过程中对象与类簇之间的不确定性关系. 本文基于三支决策的思想, 设计了一种投票制度作为决策依据, 将其与多视图稀疏子空间聚类组成一个统一框架, 从而形成一种新的算法. 在多个人工数据集和真实数据集上的实验表明, 该算法可提高多视图聚类的准确性.     

基于属性依赖关系和对象相关性的自然聚类算法

针对数据集中属性间存在依赖关系以及对象间存在相关性,定义了一种新的相似关系模型,该模型所描述的相似关系能够体现对象之间的自然相关性.在此基础上提出一种基于属性依赖关系和对象相关性的自然聚类算法,该聚类算法在不事先指定聚类数目的情况下,将所有相似性达到设定阈值的对象自然聚为一类;当调整相似性阈值时,该算法还可实现不同粒度的聚类.通过分别对数值型数据集和分类型数据集进行实验比较分析,结果表明这种自然聚类算法与其他聚类算法相比,能够真实反映数据间的相关性以及数据集的自然簇结构,同时可以发现任意形状的簇,有效地提高了聚类的精度和质量.     

优化子空间的高维聚类算法

针对当前大多数典型软子空间聚类算法未能考虑簇类投影子空间的优化问题,提出一种新的软子空间聚类算法。该算法将最大化权重之间的差异性作为子空间优化的目标,并提出了一个量化公式。以此为基础设计了一个新的优化目标函数,在最小化簇内紧凑度的同时,优化每个簇所在的软子空间。通过数学推导得到了新的特征权重计算方法,并基于k-means算法框架定义了新聚类算法。实验结果表明,所提算法对子空间的优化降低了算法过早陷入局部最优的可能性,提高了算法的稳定性,并且具有良好的性能和聚类效果,适合用于高维数据聚类分析。     

高维分类型数据加权子空间聚类算法

子空间聚类是高维数据聚类的一种有效手段,子空间聚类的原理就是在最大限度地保留原始数据信息的同时用尽可能小的子空间对数据聚类。在研究了现有的子空间聚类的基础上,引入了一种新的子空间的搜索方式,它结合簇类大小和信息熵计算子空间维的权重,进一步用子空间的特征向量计算簇类的相似度。该算法采用类似层次聚类中凝聚层次聚类的思想进行聚类,克服了单用信息熵或传统相似度的缺点。通过在Zoo、Votes、Soybean三个典型分类型数据集上进行测试发现：与其他算法相比,该算法不仅提高了聚类精度,而且具有很高的稳定性。     

自适应的软子空间聚类算法

软子空间聚类是高维数据分析的一种重要手段.现有算法通常需要用户事先设置一些全局的关键参数,且没有考虑子空间的优化.提出了一个新的软子空间聚类优化目标函数,在最小化子空间簇类的簇内紧凑度的同时,最大化每个簇类所在的投影子空间.通过推导得到一种新的局部特征加权方式,以此为基础提出一种自适应的k-means型软子空间聚类算法.该算法在聚类过程中根据数据集及其划分的信息,动态地计算最优的算法参数.在实际应用和合成数据集上的实验结果表明,该算法大幅度提高了聚类精度和聚类结果的稳定性.     

类属数据的贝叶斯聚类算法

针对类属型数据聚类中对象间距离函数定义的困难问题,提出一种基于贝叶斯概率估计的类属数据聚类算法。首先,提出一种属性加权的概率模型,在这个模型中每个类属属性被赋予一个反映其重要性的权重;其次,经过贝叶斯公式的变换,定义了基于最大似然估计的聚类优化目标函数,并提出了一种基于划分的聚类算法,该算法不再依赖于对象间的距离,而是根据对象与数据集划分间的加权似然进行聚类;第三,推导了计算属性权重的表达式,得出了类属型属性权重与其符号分布的信息熵成反比的结论。在实际数据和合成数据集上进行了实验,结果表明,与基于距离的现有聚类算法相比,所提算法提高了聚类精度,特别是在生物信息学数据上取得了5%~48%的提升幅度,并可以获得有实际意义的属性加权结果。     

A k-means type clustering algorithm for subspace clustering of mixed numeric and categorical datasets

Almost all subspace clustering algorithms proposed so far are designed for numeric datasets. In this paper, we present a k-means type clustering algorithm that finds clusters in data subspaces in mixed numeric and categorical datasets. In this method, we compute attributes contribution to different clusters. We propose a new cost function for a k-means type algorithm. One of the advantages of this algorithm is its complexity which is linear with respect to the number of the data points. This algorithm is also useful in describing the cluster formation in terms of attributes contribution to different clusters. The algorithm is tested on various synthetic and real datasets to show its effectiveness. The clustering results are explained by using attributes weights in the clusters. The clustering results are also compared with published results.     

Robust projected clustering

Projected clustering partitions a data set into several disjoint clusters, plus outliers, so that each cluster exists in a subspace. Subspace clustering enumerates clusters of objects in all subspaces of a data set, and it tends to produce many overlapping clusters. Such algorithms have been extensively studied for numerical data, but only a few have been proposed for categorical data. Typical drawbacks of existing projected and subspace clustering algorithms for numerical or categorical data are that they rely on parameters whose appropriate values are difficult to set appropriately or that they are unable to identify projected clusters with few relevant attributes. We present P3C, a robust algorithm for projected clustering that can effectively discover projected clusters in the data while minimizing the number of required parameters. P3C does not need the number of projected clusters as input, and can discover, under very general conditions, the true number of projected clusters. P3C is effective in detecting very low-dimensional projected clusters embedded in high dimensional spaces. P3C positions itself between projected and subspace clustering in that it can compute both disjoint or overlapping clusters. P3C is the first projected clustering algorithm for both numerical and categorical data.     

基于概率模型的重叠子空间聚类算法*

针对现有子空间聚类方法处理类簇间存在重叠时聚类准确率较低的问题,文中提出基于概率模型的重叠子空间聚类算法.首先采用混合范数的子空间表示方法将高维数据分割为若干个子空间.然后使用服从指数族分布的概率模型判断子空间内数据的重叠部分,并将数据分配到正确的子空间内,进而得到聚类结果,在参数估计时利用交替最大化方法确定函数最优解.在人造数据集和UCI数据集上的测试实验表明,文中算法具有良好的聚类性能,适用于较大规模的数据集.     

A fuzzy c-means-type algorithm for clustering of data with mixed numeric and categorical attributes employing a probabilistic dissimilarity functional

Gath–Geva (GG) algorithm is one of the most popular methodologies for fuzzy c-means (FCM)-type clustering of data comprising numeric attributes; it is based on the assumption of data deriving from clusters of Gaussian form, a much more flexible construction compared to the spherical clusters assumption of the original FCM. In this paper, we introduce an extension of the GG algorithm to allow for the effective handling of data with mixed numeric and categorical attributes. Traditionally, fuzzy clustering of such data is conducted by means of the fuzzy k-prototypes algorithm, which merely consists in the execution of the original FCM algorithm using a different dissimilarity functional, suitable for attributes with mixed numeric and categorical attributes. On the contrary, in this work we provide a novel FCM-type algorithm employing a fully probabilistic dissimilarity functional for handling data with mixed-type attributes. Our approach utilizes a fuzzy objective function regularized by Kullback–Leibler (KL) divergence information, and is formulated on the basis of a set of probabilistic assumptions regarding the form of the derived clusters. We evaluate the efficacy of the proposed approach using benchmark data, and we compare it with competing fuzzy and non-fuzzy clustering algorithms.     

基于子空间差异的投影聚类算法

针对传统K-means型软子空间聚类技术中子空间差异度量定义的困难问题,提出一种基于概率距离的子空间差异表示模型,以此为基础提出一种自适应的投影聚类算法。该方法首先基于子空间聚类理论提出一个描述各簇类所关联的软子空间之间的相异度公式;其次,将其与软子空间聚类相结合,定义了聚类目标优化函数,并根据局部搜索策略给出了聚类算法过程。在合成和实际数据集上进行了一系列实验,结果表明该算法引入子空间比较可以为簇类学习更优的软子空间;与现有主流子空间聚类算法相比,所提算法大幅度提升了聚类精度,适用于高维数据聚类分析。     

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.     

面向高维特征缺失数据的K最近邻插补子空间聚类算法

针对高维特征缺失数据在聚类过程中面临的因数据高维引发的维度灾难问题和数据特征缺失导致的样本间有效距离计算失效问题,提出一种面向高维特征缺失数据的K最近邻（KNN）插补子空间聚类算法KISC。首先,利用高维特征缺失数据的子空间下的近邻关系对原始空间下的特征缺失数据进行KNN插补;然后,利用多次迭代矩阵分解和KNN插补获得数据最终可靠的子空间结构,并在该子空间结构进行聚类分析。在6个图像数据集原始空间的聚类结果表明,相较于经过插补后直接进行聚类的对比算法,KISC算法聚类效果更好,说明子空间结构能够更加容易且有效地识别数据的潜在聚类结构;在6个高维数据集子空间下的聚类结果显示,KISC算法在各个数据集的聚类性能均优于对比算法,且在大多数据集上取得了最优的聚类精确度（ACC）和标准互信息（NMI）。KISC算法能够更加有效地处理高维特征缺失数据,提高算法的聚类性能。     

结合X-means聚类的自适应随机子空间组合分类算法

针对大规模数据的分类准确率低且效率下降的问题,提出一种结合X-means聚类的自适应随机子空间组合分类算法。首先使用X-means聚类方法,保持原有数据结构的同时,把复杂的数据空间自动分解为多个样本子空间进行分治学习;而自适应随机子空间组合分类器,提升了基分类器的差异性并自动确定基分类器数量,提升了组合分类器的鲁棒性及分类准确性。该算法在人工和UCI数据集上进行了测试,并与传统单分类和组合分类算法进行了比较。实验结果表明,对于大规模数据集,该方法具有更好的分类精度和健壮性,并提升了整体算法的效率。     

联机局部自适应模糊C均值聚类算法

基于模糊C均值(FCM)和局部自适应聚类(LAC)提出一种针对高维数据的联机局部自适应模糊C均值聚类算法(OLAFCM).OLAFCM通过为各类属性分别赋以相应的局部权重,使各类属性分布在不同属性组合的张量子空间内,从而有效降低采用全局降维方法造成的信息损失,同时适合聚类数据流.最后,在人工模拟和真实数据集上验证OLAFCM比之现有基于全局降维的划分联机聚类算法具有更好的性能.