局部样条嵌入的正交半监督子空间学习算法

为了更加准确地对图像进行聚类与分类,提出一种基于局部样条嵌入的正交半监督子空间学习算法.通过学习一个正交投影矩阵,使得训练样本中的标注数据经过投影矩阵降维后类间离散度尽量大,类内离散度尽量小;采用局部样条回归将局部低维嵌入坐标映射成全局低维嵌入坐标,使得被投影数据保持原有流形结构,并有效地利用有标注训练样本和未标注训练样本得到优化的图像表达方式.图像聚类与分类实验的结果表明了文中算法的有效性.     

半监督边缘判别嵌入与局部保持的维度约简

为了对高维数据进行降维处理,提出了半监督学习的边缘判别嵌入与局部保持的维度约简算法．通过最小化样本与其所属类别的中心点之间的距离,使得样本在投影子空间中能够保持其领域的拓扑结构;再通过最大化不同类别边缘间的距离,使得类别间的分离度在投影子空间中得到增强．实验结果表明：半监督边缘判别嵌入与局部保持的维度约简算法能够获得初始特征空间的较好的投影子空间．     

一种基于极大熵的快速无监督线性降维方法

现实世界中高维数据无处不在,然而在高维数据中往往存在大量的冗余和噪声信息,这导致很多传统聚类算法在对高维数据聚类时不能获得很好的性能.实践中发现高维数据的类簇结构往往嵌入在较低维的子空间中.因而,降维成为挖掘高维数据类簇结构的关键技术.在众多降维方法中,基于图的降维方法是研究的热点.然而,大部分基于图的降维算法存在以下两个问题:(1)需要计算或者学习邻接图,计算复杂度高;(2)降维的过程中没有考虑降维后的用途.针对这两个问题,提出一种基于极大熵的快速无监督降维算法MEDR. MEDR算法融合线性投影和极大熵聚类模型,通过一种有效的迭代优化算法寻找高维数据嵌入在低维子空间的潜在最优类簇结构. MEDR算法不需事先输入邻接图,具有样本个数的线性时间复杂度.在真实数据集上的实验结果表明,与传统的降维方法相比, MEDR算法能够找到更好地将高维数据投影到低维子空间的投影矩阵,使投影后的数据有利于聚类.     

一种改进的邻域保持嵌入算法

邻域保持嵌入(NPE)是一种新颖的子空间学习算法,在降维的同时保持了样本集原有的局部邻域流形结构。为了进一步增强NPE在人脸识别和语音识别中的识别功能,提出了一种改进的邻域保持嵌入算法(RNPE)。在NPE的基础上通过引入类间权值矩阵,使得类间离散度最大,类内离散度最小,增加了样本类间散布约束。最后利用极端学习机(ELM)分类器进行分类,在Yale人脸库、Umist人脸库、Isolet语音库上的实验结果表明,RNPE算法的识别率明显高于NPE算法、LMMDE算法以及RAF-GE算法。     

基于成对约束的非线性维数约减框架

半监督维数约简是指借助于辅助信息与大量无标记样本信息从高维数据空间找到一个最优低维判别空间,便于后续的分类或聚类操作,它被看作是理解基因序列、文本与人脸图像等高维数据的有效方法。提出一个基于成对约束的半监督维数约简一般框架（SSPC）。该方法首先通过使用成对约束和无标号样本的内在几何结构学习一个判别邻接矩阵;其次,新方法应用学到的投影将原来高维空间中的数据映射到低维空间中,以至于聚类内的样本之间距离变得更加紧凑,而不同聚类间的样本之间距离变得尽可能得远。所提出的算法不仅能找到一个最佳的线性判别子空间,还可以揭示流形数据的非线性结构。在一些真实数据集上的实验结果表明,新方法的性能优于当前主流基于成对约束的维数约简算法的性能。     

半监督的局部保留投影降维方法

针对现有数据降维算法不能同时利用标记样本和无标记样本的问题,提出一种半监督局部保留投影降维方法。定义类间相似度和类内相似度,同时最大化类间分离度、最小化类内分离度,保持样本总体结构和局部结构,从而提高数据降维的效果。在人工数据集、UCI数据库和Olivetti人脸库中的测试结果表明,该方法的识别率较高。     

结合成对约束的近邻稀疏保留投影算法

稀疏保持投影算法是一种无监督的全局线性降维方法,无法应对训练样本不足及类内样本间差异过大的情况。针对该问题,提出一种结合成对约束机制的近邻稀疏保留投影算法。利用近邻样本求取稀疏系数以保留局部结构信息,引入成对约束监督的思想,利用样本类别指导稀疏重构过程,最后定义能最大限度保留稀疏系数中蕴含的类别信息的低维子空间。将该算法用于人脸识别,实验结果证明了算法在识别率以及运行时间上的有效性和可行性。     

基于光谱空间结合的非负稀疏保持嵌入的谱聚类

为了解决高光谱遥感影像的特征融合问题,针对高光谱数据的维数高、信息量繁杂冗余、非线性而且数据量庞大特点,利用图谱理论非负稀疏保持嵌入的降维方法,提出基于光谱空间结合的非负稀疏保持嵌入的谱聚类进行样本的标记算法,有效地利用空间信息和原有光谱信息,提高分类的精度.该算法在引入非负稀疏表示的同时,利用样本的光谱与空间相关信息构建Laplacian图,嵌入投影到低维的子空间,然后再用经典的K均值聚类算法进行分类.算法能够有效保持样本的几何稀疏结构,而且光谱空间信息的结合使得图像的边界像素点得到了更好的分类.     

基于随机子空间的局部鉴别投影*

针对高维数据容易对噪声敏感及容易造成维数灾难问题,文中提出基于随机子空间的局部鉴别投影算法(RSLDP).利用随机子空间方法对高维的原始数据进行特征选择,在生成的低维特征子空间构造近邻图,降低噪声影响.RSLDP通过最大化局部类间加权散度和最小化局部类内加权散度,同时最小化样本的总体局部散度,改进局部最大间距鉴别嵌入算法,较好刻画样本与其类间类内近邻中心点的关系,有利于鉴别特征的提取.在CMU PIE和AR这2个人脸数据库上的实验表明文中算法的有效性.     

有监督正交局部保留投影及其在人脸识别中的应用

针对局部保留投影算法（LPP）的无监督和非正交问题,提出了一种有监督的正交局部保留投影算法SOLPP。该算法同时考虑了样本的类别信息以及投影向量间的相互正交性,首先利用样本的类标签信息重新定义了类内和类间相似度矩阵,同时最大化类间离散度与类内离散度之比,有效地保持了样本的局部结构;其次对投影基向量进行正交化,在保持数据空间结构的同时进一步提高了人脸识别效果。在ORL和FERET人脸库上的实验表明,该方法的识别率要优于SLPP等算法。     

基于核的半监督的局部保留投影降维方法

为能有效捕捉数据的非线性特征,特提出一种新的非线性数据降维算法——核半监督局部保留投影(KSSLPP)。该方法利用标记样本的标记信息及所有训练样本的结构重新定义了类间相似度和类内相似度,然后将原始数据映射到高维核空间,在核空间中最大化类间分离度,最小化类内分离度。该方法在核空间保持了数据的局部结构和全局结构,以及数据的标签信息。在Olivetti人脸库和UCI数据库中的对比实验验证了该算法的有效性。     

基于二维邻域保持判别嵌入的人脸识别

提出二维邻域保持判别嵌入(2DNPDE)算法,该算法是一种有监督的基于二维图像矩阵的特征提取算法.为表示样本的类内邻域结构和类间距离关系,分别构建类内邻接矩阵和类间相似度矩阵.2DNPDE所获得的投影空间不但使不同类数据点的低维嵌入相互分离,而且保留同类样本的邻域结构和不同类样本的距离关系.在ORL和AR人脸数据库上的实验表明,该算法具有更好的识别效果.     

半监督的稀疏保持二维边界Fisher分析降维算法

针对样本集中类别标签样本不足的问题,提出一种半监督的稀疏保持二维边界fisher分析降维算法.首先利用图像像素间的空间结构信息,基于图像矩阵进行降维;然后设计类内散度矩阵和类间散度矩阵,以保持样本间的类内紧凑性和类间分离性;最后通过稀疏保持对特征间的稀疏重构性加以约束,所获得的稀疏重构权重保持了局部几何结构,而且也包含了自然鉴别信息.在YALE,ORL和AR人脸数据库上的实验结果表明,该算法具有很好的分类和识别性能.     

利用相对强度的监督典型相关分析算法

典型相关分析(CCA)是一种无监督的子空间学习算法,加入标签信息可以提高典型相关特征的判别力.为了有效地利用样本的标签信息,借鉴相对属性的思想,提出一种利用相对强度的监督CCA(SCCA)算法.该算法在使得2组典型投影之间具有最大的相关系数的同时,典型投影的每一维特征的大小能够表示不同样本在其上的相对强度;采用异类样本间在每个低维特征上的差异大于同类样本间差异的策略,使得典型投影的每个特征都具有较好的鉴别力.在多特征手写体数字、人脸图像以及一般对象数据库上的实验结果表明,SCCA算法具有较好的识别效果,优于已有的典型相关特征抽取算法.     

一种适用于小样本问题的基于边界的特征提取算法

特征提取技术是模式识别领域进行数据降维和强化判别信息的有效方法.线性判别分析是监督特征提取方法的典型代表,获得广泛应用,但受到小样本问题的制约.对此提出一种适用于小样本问题的基于边界的特征提取算法.算法利用高维数据小样本情况下线性可分概率增加以及其低维投影趋于正态分布的特点,定义了新的类别边界,不但考虑了由线性判别分析提出的类内、类间离散度,也兼顾各类别的方差差异性.通过极大化该边界获得最优投影向量,同时避免因类内离散度矩阵奇异导致的小样本问题.进一步将算法推广到多类问题.高光谱数据特征提取与分类实验表明,算法在小样本情况下对于两类和多类问题均具有良好的推广性能,优于多种线性判别分析的改进算法,并且在样本较多时也取得了满意结果.     

基于核保持嵌入的子空间学习

子空间学习是特征提取领域中的一个重要研究方向,其通过一种线性或非线性的变换将原始数据映射到低维子空间中,并在该子空间中尽可能地保留原始数据的几何结构和有用信息.子空间学习的性能提升主要取决于相似性关系的衡量方式和特征嵌入的图构建手段.文中针对子空间学习中的相似性度量与图构建两大问题进行研究,提出了一种基于核保持嵌入的子空间学习算法(Kernel-preserving Embedding based Subspace Learning,KESL),该算法通过自表示技术自适应地学习数据间的相似性信息和基于核保持的构图.首先针对传统降维方法无法挖掘高维非线性数据的内部结构问题,引入核函数并最小化样本的重构误差来约束最优的表示系数,以期挖掘出有利于分类的数据结构关系.然后,针对现有基于图的子空间学习方法大都只考虑类内样本相似性信息的问题,利用学习到的相似性矩阵分别构建类内和类间图,使得在投影子空间中同类样本的核保持关系得到加强,不同类样本间的核保持关系被进一步抑制.最后,通过核保持矩阵与图嵌入的联合优化,动态地求解出最优表示下的子空间投影.在多个数据集上的实验结果表明,所提算法在分类任务中的性能优于主流的子空间学习算法.     

基于核保持嵌入的子空间学习

子空间学习是特征提取领域中的一个重要研究方向,其通过一种线性或非线性的变换将原始数据映射到低维子空间中,并在该子空间中尽可能地保留原始数据的几何结构和有用信息.子空间学习的性能提升主要取决于相似性关系的衡量方式和特征嵌入的图构建手段.文中针对子空间学习中的相似性度量与图构建两大问题进行研究,提出了一种基于核保持嵌入的子空间学习算法(Kernel-preserving Embedding based Subspace Learning,KESL),该算法通过自表示技术自适应地学习数据间的相似性信息和基于核保持的构图.首先针对传统降维方法无法挖掘高维非线性数据的内部结构问题,引入核函数并最小化样本的重构误差来约束最优的表示系数,以期挖掘出有利于分类的数据结构关系.然后,针对现有基于图的子空间学习方法大都只考虑类内样本相似性信息的问题,利用学习到的相似性矩阵分别构建类内和类间图,使得在投影子空间中同类样本的核保持关系得到加强,不同类样本间的核保持关系被进一步抑制.最后,通过核保持矩阵与图嵌入的联合优化,动态地求解出最优表示下的子空间投影.在多个数据集上的实验结果表明,所提算法在分类任务中的性能优于主流的子空间学习算法.     

适用于小样本问题的具有类内保持的正交特征提取算法

在人脸识别中, 具有正交性的特征提取算法是一类有效的特征提取算法, 但受到小样本问题的制约. 本文在正交判别保局投影的基础上, 提出了一种适用于小样本问题的具有类内保持的正交特征提取算法. 算法根据同类样本之间的空间结构信息, 重新定义了类内散度矩阵与类间散度矩阵, 进而给出了一个新的目标函数. 然而新的目标函数对于人脸识别问题, 同样存在着小样本问题. 为此本文将原始数据空间降到一个低维的子空间, 从而避免了总体散度矩阵奇异, 并在理论上证明了在该子空间中求解判别矢量集, 等价于在原空间中求解判别矢量集. 人脸库上的实验结果表明本文算法的有效性.     

张量图像上的正交张量监督近邻保持嵌入

正交张量近邻保持嵌入是一种有效的张量图像的降维工具,但仍存在监督判别信息不足的问题.为此提出正交张量监督近邻保持嵌入OTSNPE(OrthogonalTensorSupervisedNeighborhoodPreservingEmbedding)降维算法.该算法首先将二维图像看成二阶张量空间的点;然后在同类样本中选择近邻并进行线性重构;最后通过特征保持提取投影方向.投影后的特征既能有效地保持张量图像像点之间的空间关系,又能较好地保持蕴含在张量图像之间的类内局部重构关系和近邻关系.在AR和YaleB人脸数据集上的实验验证了该算法的有效性.     

子空间半监督Fisher判别分析

Fisher判别分析寻找一个使样本数据类间散度与样本数据类内散度比值最大的子空间, 是一种很流行的监督式特征降维方法. 标注样本数据所属的类别通常需要大量的人工, 消耗大量的时间, 付出昂贵的成本. 为了解决同时利用有类别信息的样本数据和没有类别信息的样本数据用于寻找降维子空间的问题, 我们提出了一种子空间半监督Fisher判别分析方法. 子空间半监督Fisher判别分析寻找这样一个子空间, 这个子空间即保留了从有类别信息的样本数据中学习的类别判别结构, 也保留了从有类别信息的样本数据和没有类别信息的样本数据中学习的样本结构信息. 我们还推导了基于核的子空间半监督Fisher判别分析方法. 通过人脸识别实验验证了本文算法的有效性.