非负矩阵集分解

非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)是一种新近被提出的方法,它以非线性的方式实现对非负多元数据的纯加性、局部化、线性和低维描述。NMF可使数据中的潜在结构、特征或模式变得清晰,因此它作为一种有效的特征提取手段已被成功应用在许多领域的研究中。但是,NMF 的处理对象本质上是向量,用NMF处理数据矩阵集时要先将被处理矩阵集中的矩阵逐一矢量化,这常使对应的学习问题成为典型的小样本问题,从而使NMF结果的描述力不强、推广性差。为克服这两个问题,并保留NMF的好的特性,该文提出了非负矩阵集分解(Nonnegative Matrix-Set Factorization,NMSF),不同于NMF处理数据矩阵的矢量化结果,NMSF直接处理数据矩阵本身。理论分析显示：处理数据矩阵集时,NMSF会比NMF描述力强、推广性好。为了说明NMSF如何实现,也为了能对NMSF的性能做实验验证,构造了NMSF实现方式之一的基于双线性型的NMSF(Bilinear Form-Based NMSF,BFBNMSF)算法。BFBNMSF和NMF的比较实验结果支持了理论分析的结论。需要指出,更佳的描述力和更好的推广性意味着NMSF比NMF更善于抓住数据矩阵的本质特征。     

基于非负矩阵分解的SAR图像目标识别

 特征提取是合成孔径雷达自动目标识别的关键技术,同时也是难点问题之一。本文提出了一种基于非负矩阵分解算法与Fisher线性判别方法的合成孔径雷达图像目标识别的方法,通过基于基向量非负加权组合的形式构建SAR目标图像,能充分利用目标的局部空间结构信息提取目标特征信息实现目标识别。首先将水平集分割预处理后的SAR目标图像样本构成初始矩阵,然后利用非负矩阵分解后得到的权向量作为目标图像的特征向量,再通过依据Fisher线性判别构成的分类器,实现对MSTAR数据中3类目标的识别,并与目前已有的几种典型方案进行对比。试验结果表明该方法是可行且有效的,并能够明显提高对目标识别的稳定性和正确率。     

不完全非负矩阵分解的加速算法

非负矩阵分解(NMF)已成为数据分析与处理的一种日益流行的方法.当数据矩阵不完全时,可用加权非负矩阵分解(WNMF)来分解矩阵.但是在WNMF算法中,对于给定的搜索方向,步长的选取一般来说不是最优的.本文研究了不完全非负矩阵分解(INMF)问题,提出了加速算法(AINMF).首先,将INMF问题转化为交替地求解两个非负...     

基于非负矩阵分解的多波段SPOT图像融合及其应用

SPOT遥感图像多光谱波段信息丰富,在土地覆盖、环境变化等诸多领域中得到广泛应用。图像融合近几年来成为学术界研究的热点,可以有效去除多光谱图像中的冗余,保留有用信息。对不同时段多光谱图像的融合进行地物变化检测,在灾害监测工作中具有重要的应用价值。文章利用基于非负矩阵分解的分时融合方法,对不同时段SPOT多波段图像进行融合,通过构造差值影像对变化区域进行检测。利用本文方法得到的图像可以清晰地表示出目标的变化区域,且正确率较高。结果表明,首先利用非负矩阵分解对不同时段图像进行融合,可以分别得到更为准确的融合图像,从而提高变化检测结果的精度。实验结果与传统方法进行了分析对比,证明了该方法的有效性。      

非负矩阵分解算法综述

本文介绍了非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)的基本原理和性质,将现有NMF算法分为了基于基本NMF模型的算法和基于改进NMF模型的算法两大类,在此基础上较为系统地分析、总结和比较了它们的构造原则、应用特点以及存在的问题,最后预测和分析了未来NMF算法研究的可能方向.     

基于非负矩阵分解的图像脆弱水印算法

提出一种基于非负矩阵分解NMF(Non-negative Matrix Factorization)的脆弱数字水印算法。算法利用用户密钥构造NMF基矩阵,并在图像NMF分解过程中保持不变,二值水印图像嵌入NMF分解系数矩阵。实验结果本算法具有较强的鲁棒性,同时用户密钥保证的算法的脆弱性。     

基于非负矩阵分解的TerraSAR与SPOT5影像融合

合成孔径雷达具有全天候、全天时的优势,能够提供高分辨的目标图像,而多光谱遥感影像能够提供丰富的光谱信息,将两种不同影像进行融合,综合两者的优势信息可以得到质量更高、信息更丰富的图像。提出了基于非负矩阵分解算法的融合算法对SAR影像和多光谱遥感影像进行融合。通过对比研究,提出的融合算法在目视判读以及客观评价指标上和传统融合算法相比,都有较明显的改善,尤其是在细节表现力和光谱保持度方面优势显著。     

基于非负矩阵分解的频谱感知技术研究

为了提高认知无线电系统中低信噪比条件下的频谱感知性能,提出了基于非负矩阵分解的频谱感知方法。在无需知道被感知信号的先验信息的条件下,将原始信号进行短时傅里叶变换后,利用非负矩阵分解的噪声与信号之间的特征矩阵存在的差异性,将特征矩阵作为检测统计量进行频谱感知。仿真结果表明,基于非负矩阵分解的频谱感知方法在低信噪比条件下,具有较传统的能量检测方法与循环平稳检测方法更优的感知性能。     

基于非负矩阵分解的社区检测算法

为了了解复杂网络的特性,研究了复杂网络中的社区交叠现象,将非负矩阵分解算法用于社区检测问题。而传统的用于社区检测SNMF模型是通过离散化参数的取值范围,然后遍历得到参数的最优值,对参数的优化方法不能准确而快速搜索到最优解。利用遗传算法对参数进行优化,能够准确地找到参数的最优解,从而得到最优的社区划分。并且能够检测出交叠节点和异常节点,该算法也适应于大规模的数据。     

松弛耦合非负矩阵分解的低分辨率人脸识别算法

针对实际监控场景中经常遇到的人脸图像分辨率较低的问题,本文提出了一种利用耦合非负矩阵分解并保持系数松弛的低分辨率人脸识别算法（Relaxed Coupled Nonnegative Matrix Factorization,后文简称RCNMF）。首先,对高低分辨率人脸图像进行非负矩阵矩阵分解（nonnegative matrix factorization,后文简称NMF）,在分解的同时保持组合系数近似一致,从而得到高低分辨率图像的基矩阵。然后,通过低分辨率图像的基矩阵提取训练和测试样本的特征。最后进行识别。实验结果验证了与其他几种基于耦合映射的低分辨率人脸识别方法相比,RCNMF算法的识别性能更好。同时通过实验验证了RCNMF算法的收敛性。      

基于加权非负矩阵分解的链接预测算法

本文针对在线微博,首先,基于带权动态链接预测特征集合,以用户社会关系因子约束目标函数,从用户概要和用户发布内容两个维度利用非负矩阵分解方法预测社会网络中链接的存在性和方向性.然后,在真实的数据集上验证了提出框架的有效性,并通过实验进一步证明了特征权重和时间信息在链接预测问题中的重要性.     

基于非负矩阵分解的语音增强方法综述

语音增强在语音信号处理领域举足轻重,其目的在于减少背景噪声对语音信号的影响。然而,如何从极度非平稳噪声环境下有效地分离出目标语音仍然是一个具有挑战性的问题。基于非负矩阵分解(Nonnegative matrix factorization, NMF)的语音增强算法利用非负的语音和噪声基矩阵来建模语音和噪声的频谱子空间,是目前一种先进的对抑制非平稳噪声非常有效的技术。本文首先详细地介绍了非负矩阵分解理论,包括非负矩阵分解模型,代价函数(Cost function)的定义以及常用的乘法更新准则(Multiplicative update rules)。然后,本文详细地介绍了基于非负矩阵分解的语音增强方法的基本原理,包括训练阶段和增强阶段的具体过程,并进行了实验,此外,还利用一个基于非负矩阵分解的语音重构实验验证了语音基矩阵对语音频谱的建模能力。最后,本文总结了传统的基于非负矩阵分解的算法的不足,并对一些现有的基于非负矩阵分解的算法分别做了一个简单的概述,包括其创新点和优缺点,并对比分析了几种具有代表性的方法。本文从历史的角度展示了基于非负矩阵分解的语音增强方法的不断发展。     

基于约束非负矩阵分解的高光谱图像解混快速算法

约束非负矩阵分解是高光谱图像解混中常用的方法.该方法的求解通常采用投影梯度法,其收敛速度、求解精度和算法稳定性都有待提高.为此,本文针对较优的最小体积约束,提出一种基于约束非负矩阵分解的高光谱图像解混快速算法.首先优化原有的最小体积约束模型,然后设计了基于交替方向乘子法的非凸项约束非负矩阵分解算法,最后通过奇异值分解优化迭代步骤.模拟和实际数据实验结果验证了本文算法的有效性.     

基于增量式鲁棒非负矩阵分解的短文本在线聚类

对社会化媒体产生的大量短文本进行聚类分析具有重要的应用价值,但短文本往往具有噪音数据多、增长迅速且数据量大的特点,导致现有相关算法难于有效处理.提出一种基于增量式鲁棒非负矩阵分解的短文本在线聚类算法STOCIRNMF.STOCIRNMF基于非负矩阵分解构建短文本聚类模型,通过l_2,1范数设计模型的优化求解目标函数提高鲁棒性,同时应用增量式迭代更新规则实现短文本的在线聚类.在搜狐新闻标题和微博短文本数据集上进行相关实验,结果表明STOCIRNMF不仅比现有代表性算法具有更好的聚类性能,而且能够有效对微博话题进行在线检测.     

基于二维非负矩阵分解的1kb/s WI语音编码算法

 本文针对波形内插（WI）语音编码模型和参数量化等技术进行了研究,并最终提出了一种基于二维非负矩阵分解的1kb/s波形内插（2DNMF-WI）语音编码算法. 文中采用二维非负矩阵分解（2D-NMF）方法来分解语音特征波形（CW）,该分解方法在行和列两个方向上同时压缩CW幅度谱矩阵的维数,使得CW幅度谱矩阵降维后得到的编码矩阵维数较小,易于量化. 此外,在甚低速率语音编码中,由于没有足够的比特数来描述编码参数,往往很难得到高质量的合成语音. 本算法采用两帧联合编码、帧间后向预测三级矢量量化、离散余弦变换（DCT）和分裂式矩阵量化等技术来降低编码速率和改善音质. 非正式主观听觉测试显示,1kb/s 2DNMF-WI编码器合成语音的质量稍差于2kb/s的NMF-WI语音编码算法.     

全变差稀疏约束深度非负矩阵分解高光谱遥感影像解混方法

传统非负矩阵分解方法仅基于单层线性模型,现有的深度非负矩阵分解模型忽略了地物光谱的实际混合物理过程,仅从数学理论考虑深度分解。对此,文中从光谱混合的物理过程出发,综合非负矩阵分解和深度学习,将光谱混合过程进行反向建模,并充分考虑丰度的稀疏性和空间平滑性,构建了用于高光谱遥感影像解混的面向端元矩阵的全变差稀疏约束深度非负矩阵分解模型。通过模拟实验和真实实验,将文中所提方法与5种解混方法进行对比。结果表明,相较于面向丰度的深度非负矩阵分解算法,文中所提方法的平均光谱角距离和均方根误差均有所降低,取得了最佳解混结果。     

基于非负矩阵分解的谱聚类集成SAR图像分割

 本文提出了一种新颖的基于非负矩阵分解的谱聚类集成SAR图像分割框架.首先,个体分割结果的产生采用基于Nystrom逼近的谱聚类方法,使用不同的尺度参数,得到具有差异性的个体分割结果;其次,使用非负矩阵分解的方法来合并这些个体分割结果,使用非负矩阵分解方法的优点在于其合乎人类大脑感知的直观体验,并具有明确的物理含义;最后,根据合并得到的像素点隶属度关系得到SAR图像分割结果.为了验证本文方法的有效性,对3幅纹理图像和4幅SAR图像进行分割实验,并对比K-means方法、基于Nystrom逼近的谱聚类方法、Meta-clustering方法,本文的方法无论是定性还是定量分析都是较好的,并具有一定的实用性.     

一种应用于人脸识别的有监督NMF算法

为了提高非负矩阵分解(NMF)算法识别率,提出了一种有监督的NMF(SNMF)方法.该算法对NMF基图像进行判别分析,然后选择主要反应类内差异的基图像来构造子空间,最后在子空间上进行识别.通过UMIST人脸库和CMU PIE人脸库上的实验结果表明,该方法对光照、姿态和表情变化具有一定的鲁棒性,识别率高于NMF方法和其它子空间分析法.     

基于图流在线非负矩阵分解的社团检测

针对现有的在线社团检测方法大多仅从增量相关的节点和边出发,难以有效挖掘社团结构的动态变化特性问题,提出了一种基于图流在线非负矩阵分解的社团检测方法.首先将网络中持续到达的图数据按照流式数据进行存储和预处理,然后借鉴梯度下降思想,采用在线非负矩阵分解架构,根据不同时刻达到的图流序列,实时迭代更新社团归属矩阵,并通过有效的学习率和缓存策略设置,保证了图流处理的收敛性和合理性.实验结果表明,相比于已有在线社团检测方法,该方法具备更高的社团检测精度.