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。     

基于密度的K-means算法在轨迹数据聚类中的优化

针对传统的K-means算法无法预先明确聚类数目,对初始聚类中心选取敏感且易受离群孤点影响导致聚类结果稳定性和准确性欠佳的问题,提出一种改进的基于密度的K-means算法。该算法首先基于轨迹数据分布密度和增加轨迹数据关键点密度权值的方式选取高密度的轨迹数据点作为初始聚类中心进行K-means聚类,然后结合聚类有效函数类内类外划分指标对聚类结果进行评价,最后根据评价确定最佳聚类数目和最优聚类划分。理论研究与实验结果表明,该算法能够更好地提取轨迹关键点,保留关键路径信息,且与传统的K-means算法相比,聚类准确性提高了28个百分点,与具有噪声的基于密度的聚类算法相比,聚类准确性提高了17个百分点。所提算法在轨迹数据聚类中具有更好的稳定性和准确性。     

熵加权多视角核K-means算法

在基于视角加权的多视角聚类中,每个视角的权重取值对聚类结果的精度都有着重要的影响。针对此问题,提出熵加权多视角核K-means(EWKKM) 算法,通过给每个视角分配一个合理的权值来降低噪声视角或无关视角对多视角聚类的影响,进而提高聚类的精度。EWKKM算法中,首先用核矩阵表示不同的视角,给每个视角分配一个权重;然后,利用信息熵计算出各个视角的熵权重;最后,按照定义的目标函数对各个视角的权重进行优化,使用核K-means进行多视角聚类。在UCI数据集及人工数据集进行实验,实验结果表明熵加权多视角核K-means算法能够为每个视角分配一个最优的权重值,聚类的精确度优于已有的聚类算法,具有更稳定的聚类结果。     

基于混合度量与类簇自适应调整的粗糙模糊K-means聚类算法

针对粗糙K-means聚类及其相关衍生算法需要提前人为给定聚类数目、随机选取初始类簇中心导致类簇交叉区域的数据划分准确率偏低等问题,文中提出基于混合度量与类簇自适应调整的粗糙模糊K-means聚类算法.在计算边界区域的数据对象归属于不同类簇的隶属程度时,综合考虑局部密度和距离的混合度量,并采用自适应调整类簇数目的策略,获得最佳聚类数目.选取数据对象稠密区域中距离最小的两个样本的中点作为初始类簇中心,将附近局部密度高于平均密度的对象划分至该簇后再选取剩余的初始类簇中心,使初始类簇中心的选取更合理.在人工数据集和UCI标准数据集上的实验表明,文中算法在处理类簇交叠严重的球簇状数据集时,具有自适应性,聚类精度较优.     

类不平衡数据的卡方聚类算法研究

K-means型算法在处理类不平衡数据时趋向于形成大小相同的簇,是"均匀效应"。针对这一问题诸多研究者提出了不同的聚类算法,这些方法针对簇样本数量不平衡特性,存在精度和效率问题。本文以卡方距离为基础提出了一种类平衡数据的聚类算法,利用均值消除受簇均值水平影响的特性度量样本相似性,解决类不平衡数据中"均匀效应"问题,给出了聚类目标函数,形成一种EM型聚类优化算法。在UCI实际数据集上进行了实验,结果表明本文所提出的算法提高了类不平衡数据的聚类精度,降低了"均匀效应"对聚类结果的影响。     

基于改进K-means++聚类的多扩展目标跟踪算法

针对多扩展目标跟踪过程中量测集划分准确度低和计算量大的问题,提出一种基于改进K-means++聚类划分的高斯混合假设密度强度多扩展目标跟踪算法。首先,根据下一时刻目标可能变化的情况缩小K值的遍历范围;其次,利用目标预测状态选择初始聚类中心点,为正确划分量测集提供依据,从而提高聚类算法的精度;最后,将所提改进K-means++聚类划分方法应用到高斯混合概率假设滤波器中,联合估计多目标的个数和状态。仿真实验结果表明：与基于距离划分和基于K-means++的多扩展目标跟踪算法相比,该算法在平均跟踪时间上分别减小了59.16%和53.25%,同时其最优子模式指派度量（OSPA）远小于以上两种算法。综上,该算法能在大幅度降低计算复杂度的同时取得比现有量测集划分方法更为优异的跟踪性能。     

基于云计算和改进K-means算法的海量用电数据分析方法

针对小区居民用电数据挖掘效率低、数据量大等难题,进行了基于云计算和改进K-means算法的海量用电数据分析方法研究。针对传统K-means算法中存在初始聚类中心和K值难确定的问题,提出一种基于密度的K-means改进算法。首先,定义样本密度、簇内样本平均距离的倒数和簇间距离三者乘积为权值积,通过最大权值积法依次确定聚类中心,提高了聚类的准确率;然后,基于MapReduce模型实现改进算法的并行化,提高了聚类的效率;最后,以小区400户家庭用电数据为基础,进行海量电力数据的挖掘分析实验。以家庭为单位,提取出用户的峰时耗电率、负荷率、谷电负荷系数以及平段用电量百分比,建立聚类的数据维度特征向量,完成相似用户类型的聚类,同时分析出各类用户的行为特征。基于Hadoop集群的实验结果证明提出的改进K-means算法运行稳定、可靠,具有很好的聚类效果。     

基于改进单类支持向量机的工业控制网络入侵检测方法

针对单类支持向量机（OCSVM）入侵检测方法无法检测内部异常点和离群点导致决策函数偏离训练样本的问题,提出了一种结合具有噪声的密度聚类（DBSCAN）方法和K-means方法的OCSVM异常入侵检测算法。首先通过DBSCAN算法,剔除训练数据中的离群点,消除离群点的影响;然后利用K-means划分数据类簇的方法筛选出内部异常点;最后利用OCSVM算法为每一个类簇建立单分类器用于检测异常数据。工控网络数据集上的实验结果表明,该组合分类器能够利用无异常数据样本检测出工控网络入侵,并且提高了OCSVM方法的检测效果。在气体管道网络数据集入侵检测实验中,所提方法的总体检测率为91.81%;而原始OCSVM算法则为80.77%。     

融合集群度与距离均衡优化的K-均值聚类算法

针对传统K-均值算法对初始聚类中心选择较为敏感的问题,提出了一种基于融合集群度与距离均衡优化选择的K-均值聚类（K-MCD）算法。首先,基于"集群度"思想选取初始簇中心;然后,遵循所有聚类中心距离总和均衡优化的选择策略,获得最终初始簇中心;最后,对文本集进行向量化处理,并根据优化算法重新选取文本簇中心及聚类效果评价标准进行文本聚类分析。对文本数据集从准确性与稳定性两方面进行仿真实验分析,与K-均值算法相比,K-MCD算法在4个文本集上的聚类精确度分别提高了18.6、17.5、24.3与24.6个百分点;在平均进化代数方差方面,K-MCD算法比K-均值算法降低了36.99个百分点。仿真结果表明K-MCD算法能有效提高文本聚类精确度,并具有较好的稳定性。     

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。     

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 novel soft subspace clustering algorithm with noise detection for high dimensional datasets

When dealing with high dimensional data, clustering faces the curse of dimensionality problem. In such data sets, clusters of objects exist in subspaces rather than in whole feature space. Subspace clustering algorithms have already been introduced to tackle this problem. However, noisy data points present in this type of data can have great impact on the clustering results. Therefore, to overcome these problems simultaneously, the fuzzy soft subspace clustering with noise detection (FSSC-ND) is proposed. The presented algorithm is based on the entropy weighting soft subspace clustering and noise clustering. The FSSC-ND algorithm uses a new objective function and update rules to achieve the mentioned goals and present more interpretable clustering results. Several experiments have been conducted on artificial and UCI benchmark datasets to assess the performance of the proposed algorithm. In addition, a number of cancer gene expression datasets are used to evaluate the performance of the proposed algorithm when dealing with high dimensional data. The results of these experiments demonstrate the superiority of the FSSC-ND algorithm in comparison with the state of the art clustering algorithms developed in earlier research.     

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.     

Efficiently finding the optimum number of clusters in a dataset with a new hybrid differential evolution algorithm: DELA

Clustering algorithms, a fundamental base for data mining procedures and learning techniques, suffer from the lack of efficient methods for determining the optimal number of clusters to be found in an arbitrary dataset. The few methods existing in the literature always use some sort of evolutionary algorithm having a cluster validation index as its objective function. In this article, a new evolutionary algorithm, based on a hybrid model of global and local heuristic search, is proposed for the same task, and some experimentation is done with different datasets and indexes. Due to its design, independent of any clustering procedure, it is applicable to virtually any clustering method like the widely used \(k\)-means algorithm. Moreover, the use of non-parametric statistical tests over the experimental results, clearly show the proposed algorithm to be more efficient than other evolutionary algorithms currently used for the same task.     

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.     

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.     

基于连通距离和连通强度的BIRCH改进算法

为解决利用层次方法的平衡迭代规约和聚类（BIRCH）算法聚类结果依赖于数据对象的添加顺序，且对非球状的簇聚类效果不好以及受簇直径阈值的限制每个簇只能包含数量相近的数据对象的问题，提出一种改进的BIRCH算法。该算法用描述数据对象个体间连通性的连通距离和连通强度阈值替代簇直径阈值，还将簇合并的步骤加入到聚类特征树的生成过程中。在自定义及iris、wine、pendigits数据集上的实验结果表明，该算法比多阈值BIRCH、密度改进BIRCH等现有改进算法的聚类准确率更高，尤其在大数据集上比密度改进BIRCH准确率提高6个百分点，耗时降低61%。说明该算法能够适用于在线实时增量数据，可以识别非球形簇和体积不均匀簇，具有去噪功能，且时间和空间复杂度明显降低。     

Extended Gaussian kernel version of fuzzy c-means in the problem of data analyzing

Fuzzy c-means clustering with spatial constraints is considered as suitable algorithm for data clustering or data analyzing. But FCM has still lacks enough robustness to employ with noise data, because of its Euclidean distance measure objective function for finding the relationship between the objects. It can only be effective in clustering ‘spherical’ clusters, and it may not give reasonable clustering results for “non-compactly filled” spherical data such as “annular-shaped” data. This paper realized the drawbacks of the general fuzzy c-mean algorithm and it tries to introduce an extended Gaussian version of fuzzy C-means by replacing the Euclidean distance in the original object function of FCM. Firstly, this paper proposes initial kernel version of fuzzy c-means to aim at simplifying its computation and then extended it to extended Gaussian kernel version of fuzzy c-means. It derives an effective method to construct the membership matrix for objects, and it derives a robust method for updating centers from extended Gaussian version of fuzzy C-means. Furthermore, this paper proposes a new prototypes learning method and it obtains initial cluster centers using new mathematical initialization centers for the new effective objective function of fuzzy c-means, so that this paper tries to minimize the iteration of algorithms to obtain more accurate result. Initial experiment will be done with an artificially generated data to show how effectively the new proposed Gaussian version of fuzzy C-means works in obtaining clusters, and then the proposed methods can be implemented to cluster the Wisconsin breast cancer database into two clusters for the classes benign and malignant. To show the effective performance of proposed fuzzy c-means with new initialization of centers of clusters, this work compares the results with results of recent fuzzy c-means algorithm; in addition, it uses Silhouette method to validate the obtained clusters from breast cancer datasets.