基于邻域引力学习的生物地理学优化算法

针对生物地理学优化算法（Biogeography-Based Optimization,BBO）易发生早熟收敛、陷入局部最优的问题,提出一种基于邻域引力学习的生物地理学优化算法（Neighbor Force Learning Biogeography-Based Optimization,NFBBO）。该算法采用邻域选择的方法确定迁出栖息地,以充分利用栖息地的邻域信息,增加算法的种群多样性。同时采用引力学习策略对栖息地进行更新,拓展搜索空间,提高算法的搜索能力,避免早熟收敛问题。为使种群能够自适应地跳出局部最优,引入一种自适应高斯变异机制。基于高维标准测试函数的对比实验表明,NFBBO算法具有更快的收敛速度和更高的收敛精度。     

基于样本空间分布密度的改进次胜者受罚竞争学习算法

针对传统次胜者受罚竞争学习(RPCL)算法忽略数据集几何结构对节点权值调整的影响,以及魏立梅等提出的新RPCL算法(魏立梅,谢维信.聚类分析中竞争学习的一种新算法.电子科学学刊,2000,22(1):13-18)引入密度来对节点的权值进行调整时,密度定义的主观性,提出基于样本空间分布密度的改进RPCL算法。该算法根据数据集样本自然分布定义样本密度,将此密度引入RPCL节点权值调整;使用UCI机器学习数据库数据集以及随机生成的带有噪声点的人工模拟数据集对算法进行实验测试,对算法确定数据集类簇数目的准确率、运行时间、聚类误差平方和、聚类结果的Rand指数、Jaccard系数以及Adjust Rand index参数进行分析比较。各项实验结果显示:所提算法优于原始RPCL算法和魏立梅算法,具有更好的聚类效果,对噪声数据有很强的抗干扰性能。所提算法不仅能根据样本的自然分布确定数据集的合理类簇数目,而且能确定合适的类簇中心,提高聚类的准确性,使聚类结果尽可能快地收敛到全局最优解。     

基于分组和IGSA的并行密度聚类算法

针对并行密度聚类算法在处理大数据集时存在伸缩困难、参数寻优能力不佳、并行化效率较低等问题,提出一种基于分组和重力搜索优化算法(improve gravitational search algorithm,IGSA)的并行密度聚类算法(densi-ty-based clustering algorithm based on groups and improve gravitational search,MR-GDBIGS).首先,该算法设计了基于图形的分组策略(grouping strategy based on pattern,GSP)来有效划分数据,加速邻域搜索,解决了处理大数据集时伸缩困难的问题;其次,在局部聚类中提出基于位置更新函数(position update function,PUF)的重力搜索优化算法,动态寻找局部聚类中的最优参数,提升了局部聚类的效果;最后,提出基于覆盖树的并行局部簇合并策略(cluster merging strategy by using MapReduce,MR-CTMC),在实现局部簇并行化合并的同时加快了合并局部簇的收敛速度,提升了算法整体的并行化效率.实验结果表明,MR-GDBIGS算法在处理大数据时的聚类效果更佳,且并行化性能更好.     

基于密度峰和划分的快速聚类算法

传统基于划分的聚类算法需要人工给定聚类数,且由于算法采取刚性划分,可能会导致将较大或延伸状的聚类簇分割的现象,导致错误的聚类结果。密度峰聚类是近年提出的一种新的基于密度的聚类算法,该算法不需要预先指定聚类数目,且能够发现非球形簇。将密度峰思想引入基于划分的聚类算法,提出一种基于密度峰和划分的快速聚类算法（DDBSCAN）,该算法首先获取一组簇的核心对象(密度峰),用于描述簇的“骨骼”,而后将周围的点划分到最近的核心对象,最后通过判断划分边界处的密度情况合并簇。实验证明,该算法能有效地适应任意形状、大小不一的数据集,与传统基于密度的聚类算法相比收敛速度更快。     

基于网格最小生成树的聚类算法选择

为得到好的聚类效果,需要挑选适合数据集簇结构的聚类算法。文中提出基于网格最小生成树的聚类算法选择方法,为给定数据集自动选择适合的聚类算法。该方法首先在数据集上构建出网格最小生成树,由树的数目确定数据集的潜在簇结构,然后为数据集选择适合所发现簇结构的聚类算法。实验结果表明该方法较有效,能为给定数据集找出适合其潜在簇结构的聚类算法。     

基于量子粒子群优化的改进的模糊C-均值聚类算法

模糊C均值算法(FCM)是一种用于聚类的最流行的技术。不过,传统的FCM使用欧氏距离作为数据集的相似准则,从而导致数据集的划分有相等的趋势。而数据集的形状和簇的密度对聚类性能有高度影响。为了解决这个问题,提出基于簇密度的距离调节因子以修正相似性度量。同时,针对模糊C-均值(FCM)聚类算法对初始聚类中心选择敏感,易陷入局部最优的问题,采用量子粒子群优化算法以获取全局最优解。仿真实验证明,改进的聚类算法(QPSO-FCM-CD)具有良好的性能。     

基于改进BBO算法的分数阶PID控制器设计

针对分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative,FOPID)控制器参数整定,提出了一种改进生物地理学优化(Biogeography-Based Optimization,BBO)算法。该算法改进点主要包括:迁移操作中保留精英个体;变异操作中引入差分进化(Dtferential Evolution,ED)算法的变异策略;消除重复样本。仿真结果表明:在分数阶PID控制器参数整定中,与原始的BBO算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)比较,提出的改进BBO算法具有超调量小、误差小,收敛更快的特点。     

基于数据场的粗糙聚类算法

聚类分析是数据挖掘的研究热点.传统的聚类算法都是把一个对象精确地划分到一个聚类簇中,类别之间的界限是非常精确的.随着Web挖掘技术的发展,精确地划分每个对象的聚类算法面临着巨大的挑战.根据数据场理论和经典粗糙集理论所具有处理不精确与不确定性数据的特性,提出一种新的基于数据场的粗糙聚类算法,该粗糙聚类算法采用势值作为对象的划分依据,避免传统粗糙聚类算法一贯采用基于欧氏距离的划分方法.算法首先通过对数据对象进行粗分然后再不断迭代细分,直至形成稳定的聚类簇.实验分析过程中,把提出的算法与粗糙K-means算法和粗糙K-medoids算法进行了比较,结果表明该算法在交叉数据集上具有较好的聚类效果,而且收敛速度较快.     

基于迁出地动态选择与自适应迁入策略的BBO算法

Dan Simon用生物地理学的方法和机制来解决工程优化问题,提出了生物地理学优化算法(Biogeography-Based Optimization,BBO)。该算法因其独特的搜索机制和较好的性能在智能优化算法领域得到了广泛的关注。为了进一步提高生物地理学优化算法的全局和局部收索能力,提出了一种基于动态选择迁出地与混合自适应迁入的优化策略,对生物地理学优化算法进行改进,形成一种新的改进型BBO算法。该算法根据进化阶段动态选择待迁出地,并综合当前迁出地和随机迁出地优化迁入策略;同时,设计与适应度相关的变异机制,以增加算法的全局搜索能力。仿真实验结果表明,该算法在全局搜索、收敛速度和收敛精度上均优于对比算法。     

自适应调整的布谷鸟搜索K-均值聚类算法*

针对布谷鸟搜索(CS)算法后期收敛速度慢,传统K-均值算法对初始簇中心选择比较敏感,提出了一种自适应调整的布谷鸟搜索及优化初始K-均值聚类算法(CSSA-OIKM)。首先,由“集群度”与距离均衡优化选择初始簇中心。其次,融合粒子群算法思想,遵循自适应优化学习策略以均衡CS算法全局与局部精细搜索能力。最后,在改进CS算法的基础上引入自适应度调节步长因子与动态变化发现概率,增强算法收敛性能。通过对经典数据集的仿真实验分析,相比K-均值算法、PSO-K-均值算法及CS-K-均值算法来说,提出的CSSA-OIKM算法能有效提高聚类精确性,且算法稳定性好。     

Evolutionary state-based novel multi-objective periodic bacterial foraging optimization algorithm for data clustering

Clustering divides objects into groups based on similarity. However, traditional clustering approaches are plagued by their difficulty in dealing with data with complex structure and high dimensionality, as well as their inability in solving multi-objective data clustering problems. To address these issues, an evolutionary state-based novel multi-objective periodic bacterial foraging optimization algorithm (ES-NMPBFO) is proposed in this article. The algorithm is designed to alleviate the high-computing complexity of the standard bacterial foraging optimization (BFO) algorithm by introducing periodic BFO. Moreover, two learning strategies, global best individual (gbest) and personal historical best individual (pbest), are used in the chemotaxis operation to enhance the convergence speed and guide the bacteria to the optimum position. Two elimination-dispersal operations are also proposed to prevent falling into local optima and improve the diversity of solutions. The proposed algorithm is compared with five other algorithms on six validity indexes in two data clustering cases comprising nine general benchmark datasets and four credit risk assessment datasets. The experimental results suggest that the proposed algorithm significantly outperforms the competing approaches. To further examine the effectiveness of the proposed strategies, two variants of ES-NMPBFO were designed, and all three forms of ES-NMPBFO were tested. The experimental results show that all of the proposed strategies are conducive to the improvement of solution quality, diversity and convergence.     

一种新的基于粒子群和模拟退火的聚类算法

提出了一种新的基于粒子群和模拟退火的聚类算法。每个粒子作为聚类问题的一个可行解组成粒子群,粒子的位置由聚类中心向量表示。为避免粒子群陷入局部最优解,结合聚类问题的实际特点,提出了利用模拟退火的概率突跳性的两个解决方案。实验结果表明,新算法增强了全空间的搜索能力,性能优于粒子群算法和传统的K-means算法,具有较好的收敛性,是一种有效的聚类算法。     

基于多类合并的PSO-means聚类算法

针对传统K—means算法中对初始化聚类中心敏感,容易陷入局部极小值等缺点,提出了一种基于粒子群算法和多类合并方法的新型K-means聚类算法．该算法首先利用改进粒子群算法选取初始聚类中心,然后利用K—means算法进行优化聚类,最后根据多类合并条件进行聚类合并,以获取最佳聚类结果．实验结果证明,该算法能有效解决传统K—means算法存在的缺陷,具有更快的收敛速度及更好的全局搜索能力,聚类划分效果更优．     

基于粒计算的K-medoids聚类算法

传统K-medoids聚类算法的聚类结果随初始中心点不同而波动,且计算复杂度较高不适于处理大规模数据集;快速K-medoids聚类算法通过选择合适的初始聚类中心改进了传统K-medoids聚类算法,但是快速K-medoids聚类算法的初始聚类中心有可能位于同一类簇。为克服传统K-medoids聚类算法和快速K-medoids聚类算法的缺陷,提出一种基于粒计算的K-medoids聚类算法。算法引入粒度概念,定义新的样本相似度函数,基于等价关系产生粒子,根据粒子包含样本多少定义粒子密度,选择密度较大的前K个粒子的中心样本点作为K-medoids聚类算法的初始聚类中心,实现K-medoids聚类。UCI机器学习数据库数据集以及随机生成的人工模拟数据集实验测试,证明了基于粒计算的K-medoids聚类算法能得到更好的初始聚类中心,聚类准确率和聚类误差平方和优于传统K-medoids和快速K-medoids聚类算法,具有更稳定的聚类结果,且适用于大规模数据集。     

一种面向大数据的快速自动聚类算法

针对大数据环境下高维数据聚类速度慢、准确率低的问题,提出了一种面向大数据的快速自动聚类算法(FACABD)。FACABD聚类算法利用谱聚类算法对大数据集进行归一化和列降维,提出了一种新的快速区域进化的粒子群算法(FRE-PSO),并利用该算法进行行降维;然后在降维处理后的数据基础上,引入聚类模糊隶属度基数,自动发现簇的数目,根据类簇数目,采用FRE-PSO算法结合模糊聚类算法快速完成自动聚类。在人工生成数据集和UCI机器学习数据集上的实验结果表明,该算法能够在数据驱动下快速自动聚类,有效地提高了运行速度和精度。     

基于混合粒子群优化算法的聚类分析

针对模糊C-均值聚类算法易陷入局部最优和算法收敛速度慢等问题,提出了一种新的基于混合粒子群优化的模糊C-均值聚类算法.新算法在基本粒子群优化的模糊C-均值聚类算法的基础上结合了遗传算法的交叉、变异算子及混沌优化算法,并引入逃逸算子.仿真结果表明,该算法有效地避免了通常聚类方法易出现的早熟现象,同时也具有较快的收敛速度和较高的准确度.     

一种融合免疫接种机制的改进鱼群聚类算法

传统的K-均值聚类方法,在聚类过程中过度依赖初始聚类中心的选择,同时由于全局搜索能力的不足,很难得到精确的聚类中心。鱼群算法在解决优化问题中表现出良好的并行性和全局搜索特性,但由于人为设置参数的影响可能会陷入局部最优。针对聚类问题的特征,将鱼群算法运用到聚类问题中,在使用自适应步长的鱼群算法的基础上,进一步融合免疫接种机制,加强算法对精确解的搜索性能,通过UCI数据集上的实验分析和比较,表明算法具有更好的有效性和稳定性。     

融合密度峰值和模糊C-均值聚类算法

针对模糊C—均值(FCM)聚类算法聚类结果依赖于初始中心的选取,易收敛于局部极值等问题,提出了一种密度峰值聚类(DPC)算法和FCM相结合的混合聚类方法(DPC-FCM),利用密度峰值快速搜索算法可以比较准确地刻画聚类初始中心的特点,改善FCM聚类算法存在的不足,从而实现优化聚类.在UCI数据集和人工模拟数据集上的实验结果显示:融合后的新算法和传统的FCM算法相比有着更高的正确率和更快的收敛速度,证明了新算法的可行性.     

Performance evaluation of density-based clustering methods

With the development of the World Wide Web, document clustering is receiving more and more attention as an important and fundamental technique for unsupervised document organization, automatic topic extraction, and fast information retrieval or filtering. A good document clustering approach can assist computers in organizing the document corpus automatically into a meaningful cluster hierarchy for efficient browsing and navigation, which is very valuable for complementing the deficiencies of traditional information retrieval technologies. In this paper, we study the performance of different density-based criterion functions, which can be classified as internal, external or hybrid, in the context of partitional clustering of document datasets. In our study, a weight was assigned to each document, which defined its relative position in the entire collection. To show the efficiency of the proposed approach, the weighted methods were compared to their unweighted variants. To verify the robustness of the proposed approach, experiments were conducted on datasets with a wide variety of numbers of clusters, documents and terms. To evaluate the criterion functions, we used the WebKb, Reuters-21578, 20Newsgroups-18828, WebACE and TREC-5 datasets, as they are currently the most widely used benchmarks in document clustering research. To evaluate the quality of a clustering solution, a wide spectrum of indices, three internal validity indices and seven external validity indices, were used. The internal validity indices were used for evaluating the within-cluster scatter and between cluster separations. The external validity indices were used for comparing the clustering solutions produced by the proposed criterion functions with the “ground truth” results. Experiments showed that our approach significantly improves clustering quality. In this paper, we developed a modified differential evolution (DE) algorithm to optimize the criterion functions. This modification accelerates the convergence of DE and, unlike the basic DE algorithm, guarantees that the received solution will be feasible.     

基于粒子群优化算法的数据流聚类算法

针对当前基于滑动窗口的聚类算法中对原始数据信息的损失问题和提高聚类质量和准确性,在现有基于滑动窗口模型数据流聚类算法的基础上,提出了一种基于群体协作的粒子群优化算法（PSO）的新数据流聚类算法。这种优化的新数据流聚类算法利用改进的时间聚类特征指数直方图作为数据流的概要结构以及应用PSO在聚类过程中对聚类质量的局部迭代优化。实验结果表明,此方法有效减少了内存的开销,解决了对原始数据信息损失的问题。与传统的数据流聚类算法相比,基于粒子群优化算法的数据流聚类算法在聚类质量和准确性上明显优于传统的数据流聚类算法。