基于网格筛选的大规模密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法(density peaks clustering algorithm, DPC)是2014年提出的一种新型聚类分析算法,它基于聚类中心局部密度大以及与密度更大点之间的距离较远两大特点绘制决策图寻找聚类中心,从而得到任意形状的簇.但在寻找聚类中心的过程中,求解局部密度以及高密度距离属性都依赖于相似度矩阵的计算,计算复杂度较高,限制了密度峰值聚类算法在大规模数据集中的应用.针对此不足,提出基于网格筛选的密度峰值聚类算法(density peaks clustering algorithm based on grid screening, SDPC),根据数据的不均匀分布,使用网格化方法去除部分密度稀疏的点,然后再使用密度峰值聚类算法中决策图的方法选取聚类中心,可以在保证聚类准确性的基础上有效降低计算复杂度.理论分析和实验测试表明：基于网格筛选的密度峰值聚类算法不仅可以对大规模数据集进行正确的聚类,还极大地降低了计算复杂度.     

基于网格近邻优化的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类(DPC)将数据样本点的局部密度和相对距离进行结合,能对任意形状数据集进行聚类处理,但密度峰值聚类算法存在主观选择截断距离、简单分配策略和较高时间复杂度等问题。为此,提出了一种基于网格近邻优化的密度峰值聚类算法(KG-DPC算法)。首先对数据空间进行网格化,减少了样本数据点之间距离的计算量;在计算局部密度时不仅考虑了网格自身的密度值,而且考虑了周围k个近邻的网格密度值,降低了主观选择截断距离对聚类结果的影响,提高了聚类准确率,设定网格密度阈值,保证了聚类结果的稳定性。通过实验结果表明,KG-DPC算法比DBSCAN、DPC和SDPC算法在聚类准确率上有很大提升,在聚类平均消耗时间上DPC、SNN-DPC和DPC-NN算法分别降低38%、44%和44%。在保证基本聚类准确率的基础上,KG-DPC算法在聚类效率上有特定优势。     

一种基于网格划分的密度峰值聚类改进算法

针对密度峰值聚类(Density Peak Clustering, DPC)算法具有时空复杂度高而降低了对大规模数据集聚类的有效性,以及依靠决策图人工选取聚类中心等缺点,提出基于网格的密度峰值聚类(G-DPC)算法。采用基于网格的方式进行网格划分,用网格代表点替换网格单元整体;对各代表点聚类,通过改进的自适应方法选出核心网格代表点作为聚类中心;将剩余点归类,剔除噪声点。仿真实验验证了该算法对大规模数据集和高维数据集聚类的有效性。     

基于Zipf分布的网格密度峰值聚类算法

网格密度峰值聚类在兼顾密度峰值聚类算法可识别任意形状类簇的基础上,通过数据集的网格化简化整体计算量,成为当前备受关注的聚类方法.针对大规模数据,如何进一步区分稠密与稀疏网格,减少网格密度峰值聚类中参与计算的非空网格代表点的数量是解决“网格灾难”的关键.结合以网格密度为变量的概率密度分布呈现出类Zipf分布的特点,提出一种基于Zipf分布的网格密度峰值聚类算法.首先计算所有非空网格的密度并映射为Zipf分布,根据对应的Zipf分布筛选出稠密中心网格和稀疏边缘网格;然后仅对稠密中心网格进行密度峰值聚类,在自适应确定潜在聚类中心的同时减少欧氏距离的计算量,降低算法复杂度;最后通过对稀疏边缘网格的处理,进一步优化类簇边界并提高聚类精度.人工数据集和UCI数据集下的实验结果表明,所提出算法对大规模、类簇交叉数据的聚类具有明显优势,能够在保证聚类精度的同时降低时间复杂度.     

密度峰值聚类算法综述

密度峰值聚类(density peak, DPeak)算法是一种简单有效的聚类算法,它可将任意维度数据映射成2维,在降维后的空间中建构出数据之间的层次关系,可以非常容易地从中挑选出密度高、且与其他密度更高区域相隔较远的数据点.这些点被称为密度峰值点,可以用来作为聚类中心.根据建构好的层次关系,该算法提供了2种不同的方式完成最后聚类:一种是与用户交互的决策图,另一种是自动化方式.跟踪了DPeak近年来的发展与应用动态,对该算法的各种改进或变种从以下3方面进行了总结和梳理：首先,介绍了DPeak算法原理,对其在聚类算法分类体系中的位置进行了讨论.将其与5个主要的聚类算法做了比较之后,发现DPeak与均值漂移聚类算法(mean shift)有诸多相似之处,因而认为其可能为mean shift的一个特殊变种.其次,讨论了DPeak的几个不足之处,如复杂度较高、自适应性不足、精度低和高维数据适用性差等,将针对这些缺点进行改进的相关算法做了分类讨论.此外,梳理了DPeak算法在不同领域中的应用,如自然语言处理、生物医学应用、光学应用等.最后,探讨了密度峰值聚类算法所存在的问题及挑战,同时对进一步的工作进行展望.     

基于密度比例的密度峰值聚类算法

CFSFDP（Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks）是一种新的基于密度的聚类算法。该算法可以对非球形分布的数据聚类,有待调节参数少、聚类速度快等优点。但是对于类簇间密度相差较大的数据,该算法容易遗漏密度较小的类簇而影响聚类的准确率。针对这一问题,提出了基于密度比例峰值聚类算法即R-CFSFDP。该算法将密度比例引入到CFSFDP中,通过计算样本数据的密度比峰值来提高数据中密度较小类簇的辨识度,进而提升整体聚类的准确率。基于9个常用测试数据集（2个人工合成数据集,7个UCI数据集）的聚类实验结果表明,对于类簇间密度相差较大和类簇形状复杂的数据聚类问题,R-CFSFDP能够使得类簇中心更加清晰、易确定,聚类结果更好。     

面向大规模节点划分的网格密度峰值聚类

本文阐述了一种应用于大规模数据节点划分的改进网格密度峰值聚类算法.针对传统的密度峰值聚类算法距离矩阵计算时间长,人工选取阈值对聚类结果的影响较大,限制其在大规模数据集中的应用等缺点,本文采用基于自适应网格划分的密度峰值聚类,通过判断网格均衡来计算网格间距离,引入万有引力得到网格相对引力,通过极大值平均选取法自动得到密度...     

基于相对密度的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法在处理密度不均匀的数据集时易将低密度簇划分到高密度簇中或将高密度簇分为多个子簇,且在样本点分配过程中存在误差传递问题。提出一种基于相对密度的密度峰值聚类算法。引入自然最近邻域内的样本点信息,给出新的局部密度计算方法并计算相对密度。在绘制决策图确定聚类中心后,基于对簇间密度差异的考虑,提出密度因子计算各个簇的聚类距离,根据聚类距离对剩余样本点进行划分,实现不同形状、不同密度数据集的聚类。在合成数据集和真实数据集上进行实验,结果表明,该算法的FMI、ARI和NMI指标较经典的密度峰值聚类算法和其他3种聚类算法分别平均提高约14、26和21个百分点,并且在簇间密度相差较大的数据集上能够准确识别聚类中心和分配剩余的样本点。     

基于谱分析的密度峰值快速聚类算法

针对密度峰值快速聚类（CFSFDP）算法对不同数据集聚类效果的差异，利用谱聚类对密度峰值快速聚类算法加以改进，提出了一种基于谱分析的密度峰值快速聚类算法CFSFDP-SA。首先，将高维非线性的数据集映射到低维子空间上实现降维处理，将聚类问题转化为图的最优划分问题以增强算法对数据全局结构的适应性；然后，利用CFSFDP算法对处理后的数据集进行聚类。结合这两种聚类算法各自的优势，能进一步提升聚类算法的性能。在5个人工合成数据集（2个线性数据集和3个非线性数据集）与4个UCI数据库中真实数据集上的聚类结果显示，相比CFSFDP算法，CFSFDP-SA算法的聚类精度有一定提升，在高维数据集的聚类精度上最多提高了14%，对原始数据集的适应性更强。     

密度峰值聚类算法研究进展

密度峰值聚类(density peaks clustering, DPC)算法是聚类分析中基于密度的一种新兴算法, 该算法考虑局部密度和相对距离绘制决策图, 快速识别簇中心, 完成聚类. DPC具有唯一的输入参数, 且无需先验知识, 也无需迭代. 自2014年提出以来, DPC引起了学者们的极大兴趣, 并得到了快速发展...     

自适应密度峰值聚类算法

密度峰值聚类(DPC)算法是一种新型的聚类算法，具有调节参数少、无需迭代求解、能够发现非球形簇等优点；但也存在截断距离无法自动调节、聚类中心需要人工指定等缺点。针对上述问题，提出了一种自适应DPC(ADPC)算法，实现了基于基尼系数的自适应截断距离调节，并建立了一种聚类中心的自动获取策略。首先，综合考虑局部密度和相对距离两种因素以重新定义簇中心权值计算公式；然后，基于基尼系数建立自适应截断距离调节方法；最后，根据决策图和簇中心权值排序图提出自动选取聚类中心的策略。仿真实验结果表明，ADPC算法可以根据问题特征来自动调节截断距离并自动获取聚类中心点，而且在测试数据集上取得了比几种常用的聚类算法和DPC改进算法更好的结果。     

基于拉普拉斯中心性和密度峰值的无参数聚类算法

针对聚类算法的聚类中心选取需要人工参与的问题,提出了一种基于拉普拉斯中心性和密度峰值的无参数聚类算法（ALPC）。首先,使用拉普拉斯中心性度量对象的中心性;然后,使用正态分布概率统计方法确定聚类中心对象;最后,依据对象到各个中心的距离将各个对象分配到相应聚类中心实现聚类。所提算法克服了算法需要凭借经验参数和人工选取聚类中心的缺点。在人工数据集和真实数据集上的实验结果表明,与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法（DBSCAN）、密度峰值聚类（DPC）算法以及拉普拉斯中心峰聚类（LPC）算法相比,ALPC具有自动确定聚类中心、无参数的特点,且具有较高的聚类精度。     

基于密度峰值与密度聚类的集成算法

针对快速搜索和发现密度峰值聚类（CFSFDP）算法需人工在决策图上选择聚类中心的问题，提出一种基于密度峰值和密度聚类的集成算法。首先，借鉴CFSFDP思想，将局部密度最大的数据作为第一个中心；接着，从该中心点出发采用一种利用Warshall算法求解密度相连改进的基于密度的噪声应用空间聚类（DBSCAN）算法进行聚类，得到第一个簇；最后，在尚未被划分的数据中找出最大局部密度的数据，将它作为下一个簇的中心后再次采用上述算法进行聚类，直到所有数据被聚类或有部分数据被视为噪声。所提算法既解决了CFSFDP选择中心需人工干预的问题，又优化了DBSCAN算法，即每次迭代都是从当前最好的点（局部密度最大的点）出发寻找簇。通过可视化数据集和非可视化数据集与经典算法（CFSFDP、DBSCAN、模糊C均值（FCM）算法和K均值（K-means）算法）的对比实验结果表明，所提算法聚类效果更好，准确率更高，优于对比算法。     

混合的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类（DP）算法是一种新的基于密度的聚类算法，当它处理的单个聚类包含多个密度峰值时，会将每个不同密度峰值视为潜在聚类中心，以致难以在数据集中确定正确数量聚类，为此，提出一种混合的密度峰值聚类算法C-DP。首先，以密度峰值点为初始聚类中心将数据集划分为子簇；然后，借鉴代表点层次聚类算法（CURE），从子簇中选取分散的代表点，将拥有最小距离的代表点对的类进行合并，引入参数收缩因子以控制类的形状。仿真实验结果表明，在4个合成数据集上C-DP算法比DP算法聚类效果更好；在真实数据集上的Rand Index指标对比表明，在数据集S1上，C-DP算法比DP算法性能提高了2.32%，在数据集4k2_far上，C-DP算法比DP算法性能提高了1.13%。由此可见，C-DP算法在单个类簇中包含多密度峰值的数据集中能提高聚类的准确性。     

自动确定聚类中心的比较密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法(DPC)不能自动确定聚类中心,并且聚类中心点与非聚类中心点在决策图上的显示不够明显的问题,设计了一种自动确定聚类中心的比较密度峰值聚类算法(ACPC).该算法首先利用距离的比较量来代替原距离参数,使潜在的聚类中心在决策图中更加突出;然后通过二维区间估计方法进行对聚类中心的自动选取,从而实现聚类过程...     

.基于网格梯度的多密度聚类算法*

大多数现有的聚类算法都致力于发现任意形状、任意大小的类,但很难有效处理多密度的数据集。提出的算法利用网格聚类速度快的特点,先通过高斯平滑去除噪声,再采用网格梯度的思想找出隐藏在多密度数据集中的簇。算法在人工数据集上进行了实验,结果表明该算法能有效地去除噪声,发现多密度的簇,具有较好的聚类效果。     

一种新型的基于密度和栅格的聚类算法*

针对网格和密度方法的聚类算法存在效率和质量问题,给出了密度和栅格相结合的聚类挖掘算法,即基于密度和栅格的聚类算法DGCA（density and grid based clustering algorithm）。该算法首先将数据空间划分为栅格单元,然后把数据存储到栅格单元中,利用DBSCAN密度聚类算法进行聚类挖掘;最后进行聚类合并和噪声点消除,并将局部聚类结果映射到全局聚类结果。实验通过人工数据样本集对该聚类算法进行理论上验证,表明了该算法在时间效率和聚类质量两方面都得到了提高。     

一种基于密度峰值的针对模糊混合数据的聚类算法

将CFSFDP算法拓展到连续型模糊集和离散型模糊集上,提出了一种针对模糊混合数据的拓展型CFSFDP算法,将其命名为FMD-CFSFDP算法。FMD-CFSFDP算法将样本涵盖的经典信息拓展到了模糊集上,利用寻找密度峰值的方法对模糊样本进行聚类,这是一种建立在模糊集上针对模糊混合数据的基于密度的聚类算法。首先简单介绍了CFSFDP算法及其改进,给出了"模糊混合数据"的数学概念;然后结合传统模糊欧氏距离的概念,分别提出了误差更小的针对连续型模糊集与离散型模糊集的改进型欧氏距离,在此基础上,依托权值构建了针对混合型模糊数据的整体距离。参考CFSFDP算法的聚类步骤给出了FMD-CFSFDP算法的聚类步骤。随后,在不同样本量、不同指标数量、不同簇数、不同取数规则的条件下,对算法进行了随机模拟实验并对聚类结果进行了分析。最后分别总结了FMD-CFSFDP算法的优缺点,并在此基础上提出了改进方案,为今后深入研究提供了参考。     

基于密度峰值的混合型数据聚类算法设计

针对k-prototypes算法无法自动识别簇数以及无法发现任意形状的簇的问题,提出一种针对混合型数据的新方法：寻找密度峰值的聚类算法。首先,把CFSFDP（Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks）聚类算法扩展到混合型数据集,定义混合型数据对象之间的距离后利用CFSFDP算法确定出簇中心,这样也就自动确定了簇的个数,然后其余的点按照密度从大到小的顺序进行分配。其次,研究了该算法中阈值（截断距离）及权值的选取问题：对于密度公式中的阈值,通过计算数据场中的势熵来自动提取;对于距离公式中的权值,利用度量数值型数据集和分类型数据集聚类趋势的统计量来定义。最后通过在三个实际混合型数据集上的测试发现：与传统k-prototypes算法相比,寻找密度峰值的聚类算法能有效提高聚类的精度。