基于随机投影与集成学习的离群点检测算法

针对传统基于相似度的离群点检测算法在高维不均衡数据集上效果不够理想的问题,提出一种新颖的基于随机投影与集成学习的离群点检测（ensemble learning and random projection-based outlier detection,EROD）框架。算法首先集成多个随机投影方法对高维数据进行降维,提升数据多样性;然后集成多个不同的传统离群点检测器构建异质集成模型,增加算法鲁棒性;最后使用异质模型对降维后的数据进行训练,训练后的模型经过两次优化组合以降低泛化误差,输出最终的对象离群值,离群值高的对象被算法判定为离群点。分别在四个不同领域的高维不均衡真实数据集上进行对比实验,结果表明该算法与传统离群点检测算法和基于集成学习的离群点检测算法相比,在AUC和precision@n值上平均提高了3.6%和14.45%,证明EROD算法具有处理高维不均衡数据异常的优势。     

基于主动学习的离群点集成挖掘方法研究

离群点检测任务通常缺少可用的标注数据，且离群数据只占整个数据集的很小一部分，相较于其他的数据挖掘任务，离群点检测的难度较大，尚没有单一的算法适合于所有的场景。因此，结合多样性模型集成和主动学习思想，提出了一种基于主动学习的离群点集成检测方法OMAL（Outlier Mining based on Active Learning）。在主动学习框架指导下，根据各种基学习器的对比分析，选择了基于统计的、基于相似性的、基于子空间划分的三个无监督模型作为基学习器。将各基学习器评判的处于离群和正常边界的数据整合后呈现给人类专家进行标注，以最大化人类专家反馈的信息量；从标注的数据集和各基学习器投票产生的数据集中抽样，基于GBM（Gradient BoostingMachine）训练一个有监督二元分类模型，并将该模型应用于全数据集，得出最终的挖掘结果。实验表明，提出方法的AUC有了较为明显的提升，且具有良好的运行效率，具备较好的实用价值。     

基于生成对抗网络和变分自编码器的离群点检测算法

针对传统离群点检测算法在类极度不平衡的高维数据集中难以学习离群点的分布模式,导致检测率低的问题,提出了一种生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)与变分自编码器(variational auto-encoder,VAE)结合的GAN-VAE算法。算法首先将离群点输入VAE训练,学习离群点的分布模式;然后将VAE与GAN结合训练,生成更多潜在离群点,同时学习正常点与离群点的分类边界;最后将测试数据输入训练后的GAN-VAE,根据正常点与离群点相对密度的差异性计算每个对象的离群值,将离群值高的对象判定为离群点。在四个真实数据集上与六个离群点检测算法进行对比实验,结果表明GAN-VAE在AUC、准确率和F;值上平均提高了5.64%、5.99%和13.30%,证明GAN-VAE算法是有效可行的。     

基于深度学习的道路障碍物检测方法

针对基于激光雷达（LiDAR）的三维点云数据处理及道路障碍物检测的问题,提出一种基于深度学习的路障碍物检测方法。首先,采用统计滤波算法对原始点云进行离群点的剔除处理;其次,提出一种端到端的深度神经网络VNMax,利用最大池化对区域候选网络（RPN）架构进行优化,构建改进的目标检测层;最后,在KITTI数据集上进行了训练及测试实验。结果显示,经过滤波处理,点云中各点之间的平均距离得到有效减少。通过对在KITTI数据集的简单、中等和困难任务的车辆定位处理结果比较得出,所提方法的平均精度比VoxelNet（Unofficial）分别提高了11.3个百分点、6.02个百分点和3.89个百分点。实验测试结果表明,统计滤波算法仍是有效的三维点云数据处理手段,最大池化模块可以提高深度神经网络的学习性能和目标定位能力。     

基于半监督学习和三支决策的入侵检测模型

针对现有的入侵检测模型在未知攻击上表现不佳,且标注数据极其有限的情况,提出一种基于半监督学习（SSL）和三支决策（3WD）的入侵检测模型——SSL-3WD。SSL-3WD模型通过3WD在信息不足情况下的优秀表现来满足SSL在数据信息的充分冗余性上的假设。首先利用3WD理论对网络行为数据进行分类,而后根据分类结果选择适当的“伪标记”样本组成新的训练集以扩充原有数据集,最后重复分类过程,以得到所有对于网络行为数据的分类。在NSL-KDD数据集上,所提模型的检出率达到了97.7%,相较于对比方法中检出率最高的自适应的集成学习入侵检测模型Multi-Tree,提升了5.8个百分点;在UNSW-NB15数据集上,所提模型的准确率达到了94.7%,检出率达到了96.3%,相较于对比方法中表现最好的基于深度堆叠非对称自编码器（SNDAE）的入侵检测模型,分别提升了3.5个百分点和6.2个百分点。实验结果表明,所提SSL-3WD模型提升了对网络行为进行检测的准确率和检出率。     

基于权值多样性的半监督分类算法

在实际生活中,可以很容易地获得大量系统数据样本,却只能获得很小一部分的准确标签。为了获得更好的分类学习模型,引入半监督学习的处理方式,对基于未标注数据强化集成多样性（UDEED）算法进行改进,提出了UDEED⁺——一种基于权值多样性的半监督分类算法。UDEED⁺主要的思路是在基学习器对未标注数据的预测分歧的基础上提出权值多样性损失,通过引入基学习器权值的余弦相似度来表示基学习器之间的分歧,并且从损失函数的不同角度充分扩展模型的多样性,使用未标注数据在模型训练过程中鼓励集成学习器的多样性的表示,以此达到提升分类学习模型性能和泛化性的目的。在8个UCI公开数据集上,与UDEED算法、S4VM（Safe Semi-Supervised Support Vector Machine）和SSWL（Semi-Supervised Weak-Label）半监督算法进行了对比,相较于UDEED算法,UDEED⁺在正确率和F1分数上分别提升了1.4个百分点和1.1个百分点;相较于S4VM,UDEED⁺在正确率和F1分数上分别提升了1.3个百分点和3.1个百分点;相较于SSWL,UDEED⁺在正确率和F1分数上分别提升了0.7个百分点和1.5个百分点。实验结果表明,权值多样性的提升可以改善UDEED⁺算法的分类性能,验证了其对所提算法UDEED⁺的分类性能提升的正向效果。     

一种基于多示例学习的局部离群点检测算法

提出了一种基于多示例学习（multi-instance learning,MIL）的局部离群点检测算法,称之为MIL-LOF（a local outlier factor based on multi-instance learning）．算法采用MIL框架,首先将真实对象提取为多示例形式,然后运用退化策略和权重调整方法,计算综合离群点因子,最后检测离群点．在实际企业监控数据以及公共数据集上将MIL-LOF与经典局部离群点检测算法及其优化算法进行了对比实验,结果表明本文提出的MIL-LOF算法在准确性、全面性及高效性上相对其他算法均可获得较为明显的提高．     

基于随机子空间的扩展隔离林算法

针对扩展隔离林（EIF）算法时间开销过大的问题,提出了一种基于随机子空间的扩展隔离林（RS-EIF）算法。首先,在原数据空间确定多个随机子空间;然后,在不同的随机子空间中通过计算每个节点的截距向量与斜率来构建扩展孤立树,并将多棵扩展孤立树集成为子空间扩展隔离林;最后,通过计算数据点在扩展隔离林中的平均遍历深度来确定数据点是否异常。在离群值检测数据库（ODDS）中的9个真实数据集与呈多元分布的7个人工数据集上的实验结果表明,所提RS-EIF算法对局部异常很敏感,相较EIF算法减少了约60%的时间开销;在样本数量较多的ODDS数据集上,该算法识别精度高出孤立森林（iForest）算法、轻型在线异常检测（LODA）算法和基于连接函数的异常检测（COPOD）算法2~12个百分点。RS-EIF算法在样本数量大的数据集中识别效率更高。     

基于Seeds集和成对约束的半监督三支聚类集成

聚类集成使用合适的策略融合多个具有差异性的基聚类成员,能够有效提高聚类结果的稳定性、鲁棒性和准确率。当前聚类集成的研究较少利用已知的先验信息,面对复杂数据时难以刻画对象与类簇之间明确的归属关系。因此,提出一种基于Seeds集和成对约束的半监督三支聚类集成方法。首先,基于已有的标签信息提出一种新的三支标签传播算法构造基聚类成员;其次,提出一种半监督三支聚类集成框架集成基聚类成员,构造出一致性相似矩阵,并利用成对约束信息对该矩阵进行优化调整;最后,将三支谱聚类作为一致性函数对相似矩阵进行聚类,得到最终集成结果。在多个UCI真实数据集上的实验结果表明,与基于类簇的相似分区算法（CSPA）、超图分区算法（HGPA）、元类簇算法（MCLA）、标签传播算法（LPA）、Cop-Kmeans等半监督聚类集成算法相比,所提方法的归一化互信息（NMI）、调整兰德系数（ARI）和F测度在绝大多数据集上取得了最优值,获得了相对更好的聚类集成结果。     

基于邻域值差异度量的离群点检测算法

针对离群点检测中传统距离法不能有效处理符号型属性和经典粗糙集方法不能有效处理数值型属性的问题,利用邻域粗糙集的粒化特征提出了改进的邻域值差异度量（NVDM）方法进行离群点检测。首先,将属性取值归一化并以混合欧氏重叠度量（HEOM）和具有自适应特征的邻域半径构建邻域信息系统（NIS）;其次,以NVDM构造对象的邻域离群因子（NOF）;最后,设计并实现了基于邻域值差异度量的离群点检测（NVDMOD）算法,该算法在计算单属性邻域覆盖（SANC）的方式上充分利用有序二分和近邻搜索思想改进了传统的无序逐一计算模式。在UCI标准数据集上与现有离群点检测算法——邻域离群点检测（NED）算法、基于距离的离群点检测（DIS）算法和K最近邻（KNN）算法进行了实验对比、分析。实验结果表明,NVDMOD算法具有更好的适应性和有效性,为混合型属性数据集的离群点检测提供了一条更有效的新途径。     

基于自动驾驶场景的目标检测算法DFSSD

为了提高单阶段目标检测算法对小目标和重叠目标的检测性能,使其能够应用到自动驾驶场景中,提出一种基于SSD（Single Shot Multibox Detector）的深度特征融合算法DFSSD（Deep Fusion based Single Shot Multibox Detector）。DFSSD主要从两个角度对SSD算法进行改进：一方面提出一种高效的特征融合方式,在不引入大量参数和过多计算量的情况下,增强了模型的特征表达能力和对困难小目标的检测能力;另一方面引入一种带噪声的训练方式,即在训练时,随机地将样本中未标记的困难正例目标（不易分辨的正例目标）加入训练,以提高算法对复杂背景的抗干扰能力,降低对困难小目标的误检率。在PASCAL VOC2007测试集上,DFSSD300比SSD300的mAP（mean Average Precision）提升了3.7个百分点,在KITTI数据集上,Car类困难目标的AP（Average Precision）值提升了5个百分点,同时与SSD300具有相当的检测速率。     

一种基于密度近邻的增量式孤立点发现算法

为了解决数据集更新时孤立点增量发现问题,提出一种基于密度近邻的增量式孤立点发现算法.当数据集更新时,该算法在确定出受影响的对象后,根据对象和其近邻间k-密度变化,建立对象的密度近邻序列.然后依据对象的密度近邻序列代价和其k-距离邻域的平均密度近邻序列代价,计算出受影响对象的增量异常因子(IOF)来表征对象的孤立程度,从而提高增量孤立点发现的效果.此外,由于只需重新计算这些受影响对象的IOF值,该算法还提高孤立点发现的速度.实验表明,该算法不仅在孤立点增量发现的效果上高于以往算法且减少算法的运行时间.     

基于实例分割模型优化的道路抛洒物检测算法

在交通安全领域,道路抛洒物易引发交通事故,构成了交通安全隐患。针对传统抛洒物检测方式识别率低、对于多类抛洒物检测效果不佳等问题,提出了一种基于实例分割模型CenterMask优化的道路抛洒物检测算法。首先,使用空洞卷积优化的残差网络ResNet50作为主干神经网络来提取特征并进行多尺度处理;然后,通过距离交并比（DIoU）函数优化的全卷积单阶段（FCOS）目标检测器实现对抛洒物的检测和分类;最后,使用空间注意力引导掩膜作为掩膜分割分支来实现对于目标形态的分割,并采用迁移学习的方式实现模型的训练。实验结果表明,所提算法对于抛洒物目标的检测率为94.82%,相较常见实例分割算法Mask R-CNN,所提的道路抛洒物检测算法在边界框检测上的平均精度（AP）提高了8.10个百分点。     

基于集成学习投票算法的Android恶意应用检测

针对Android平台恶意应用的检测技术,提出一种基于集成学习投票算法的Android恶意程序检测方法MASV（Soft-Voting Algorithm）,以有效地对未知应用程序进行分类。从已知开源的数据集中获取了实验的基础数据,使用的应用程序集包含213 256个良性应用程序以及18 363个恶意应用程序。使用SVM-RFE特征选择算法对特征进行降维。使用多个分类器的集合,即SVM（Support Vector Machine）、[K]-NN[（K]-Nearest Neighbor）、NB（Na?ve Bayes）、CART（Classification and Regression Tree）和RF（Random Forest）,以检测恶意应用程序和良性应用程序。使用梯度上升算法确定集成学习软投票的基分类器权重参数。实验结果表明,该方法在恶意应用程序检测中达到了99.27%的准确率。     

基于时空上下文信息增强的目标跟踪算法

充分利用视频中的时空上下文信息能明显提高目标跟踪性能,但目前大多数基于深度学习的目标跟踪算法仅利用当前帧的特征信息来定位目标,没有利用同一目标在视频前后帧的时空上下文特征信息,导致跟踪目标易受到邻近相似目标的干扰,从而在跟踪定位时会引入一个潜在的累计误差。为了保留时空上下文信息,在SiamMask算法的基础上引入一个短期记忆存储池来存储历史帧特征;同时,提出了外观显著性增强模块（ASBM）,一方面增强跟踪目标的显著性特征,另一方面抑制周围相似目标对目标的干扰。基于此,提出一种基于时空上下文信息增强的目标跟踪算法。在VOT2016、VOT2018、DAVIS-2016和DAVIS-2017等四个数据集上进行实验与分析,结果表明所提出的算法相较于SiamMask算法在VOT2016上的准确率和平均重叠率（EAO）分别提升了4个百分点和2个百分点;在VOT2018上的准确率、鲁棒性和EAO分别提升了3.7个百分点、2.8个百分点和1个百分点;在DAVIS-2016上的区域相似度、轮廓精度指标中的下降率均分别降低了0.2个百分点;在DAVIS-2017上的区域相似度、轮廓精度指标中的下降率分别降低了1.3和0.9个百分点。     

基于改进YOLOv3的多尺度目标检测算法

为了进一步提高多尺度目标检测的速度和精度,解决小目标检测易造成的漏检、错检以及重复检测等问题,提出一种基于改进YOLOv3的目标检测算法实现多尺度目标的自动检测。首先,在特征提取网络中对网络结构进行改进,在残差模块的空间维度中引入注意力机制,对小目标进行关注;然后,利用密集连接网络（DenseNet）充分融合网络浅层信息,并用深度可分离卷积替换主干网络中的普通卷积,减少模型的参数量,提升检测速率。在特征融合网络中,通过双向金字塔结构实现深浅层特征的双向融合,并将3尺度预测变为4尺度预测,提高了多尺度特征的学习能力;在损失函数方面,选取GIoU（Generalized Intersection over Union）作为损失函数,提高目标识别的精度,降低目标漏检率。实验结果表明,基于改进YOLOv3（You Only Look Once v3）的目标检测算法在Pascal VOC测试集上的平均准确率均值（mAP）达到83.26%,与原YOLOv3算法相比提升了5.89个百分点,检测速度达22.0 frame/s;在COCO数据集上,与原YOLOv3算法相比,基于改进YOLOv3的目标检测算法在mAP上提升了3.28个百分点;同时,在进行多尺度的目标检测中,算法的mAP有所提升,验证了基于改进YOLOv3的目标检测算法的有效性。     

无锚点的遥感图像任意角度密集目标检测方法

针对基于深度学习的遥感图像目标检测方法密集目标漏检率高、分类不准确的问题,建立了一种基于深度学习的无锚点的遥感图像任意角度的密集目标检测方法。首先采用CenterNet作为基线模型,经过主干网络提取特征,并改造原有检测器结构,即加入角度回归分支进行目标角度回归;然后提出一种基于非对称卷积的特征增强模块,并将主干网络提取到的特征图输入特征增强模块,从而增强目标的旋转不变性特征,消除由于目标的旋转、翻转带来的影响,进一步提升目标中心点、尺寸信息的回归精度。采用HourGlass-101作为主干网络时,该方法在DOTA数据集上的平均精度均值（mAP）比旋转区域候选网络（RRPN）提升了7.80个百分点,每秒处理帧数（FPS）提升了7.5;在自建数据集Ship3上,该方法的mAP比RRPN提升了8.68个百分点,FPS提升了6.5。结果表明,所提方法能获得检测精度和速度的平衡。     

基于级联卷积神经网络的高效目标检测方法

目标检测作为计算机视觉的重要研究方向，在智慧城市、无人驾驶等领域的作用越来越重要。传统目标检测算法中，根据交并比（Intersection over Union，IOU）的大小判断正负样本，但较低的IOU会引入噪声，降低检测器的精度；较高的IOU会保留少数高质量样本，造成过拟合；并且推荐区域和检测器的IOU阈值相差过大会引起质量不匹配问题。针对上述问题，提出了一种基于级联网络的平行级联检测网络，它由一系列检测器串并联而成，每个检测器设置递增的IOU阈值，从而在每个阶段都会得到一个更高质量的样本分布来训练下一级检测器，并逐步重采样减少过拟合。实验结果表明提出的平行级联检测网络的检测精度优于传统目标检测算法，在目标检测数据集Microsoft COCO上平均准确度（AP）提升了1.5个百分点左右。