基于代表点与K近邻的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类(density peaks clustering, DPC)是一种基于密度的聚类算法,该算法可以直观地确定类簇数量,识别任意形状的类簇,并且自动检测、排除异常点.然而, DPC仍存在些许不足:一方面, DPC算法仅考虑全局分布,在类簇密度差距较大的数据集聚类效果较差;另一方面, DPC中点的分配策略容易导致“多米诺效应”.为此,基于代表点(representative points)与K近邻(K-nearest neighbors, KNN)提出了RKNN-DPC算法.首先,构造了K近邻密度,再引入代表点刻画样本的全局分布,提出了新的局部密度;然后,利用样本的K近邻信息,提出一种加权的K近邻分配策略以缓解“多米诺效应”;最后,在人工数据集和真实数据集上与5种聚类算法进行了对比实验,实验结果表明,所提出的RKNN-DPC可以更准确地识别类簇中心并且获得更好的聚类结果.     

二阶自然最近邻和多簇合并的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类（density peaks clustering,DPC）算法基于局部密度和相对距离识别簇中心,忽视了样本所处环境对样本点密度的影响,因此不容易发现低密度区域的簇中心;DPC算法采用的单步分配策略的容错性差,一旦一个样本点分配错误,将导致后续一系列样本点分配错误。针对上述问题,提出二阶自然最近邻和多簇合并的密度峰值聚类算法（TNMM-DPC）。首先,引入二阶自然邻居的概念,同时考虑样本点的密度与样本点所处的环境,重新定义了样本点的局部密度,以降低类簇的疏密对类簇中心选择的影响;其次,定义了核心点集来选取初始微簇,依据样本点与微簇间的关联度对样本点进行分配;最后引入了邻居边界点集的概念对相邻的子簇进行合并,得到最终的聚类结果,避免了分配错误连带效应。在人工数据集和UCI数据集上,将TNMM-DPC算法与DPC及其改进算法进行了对比,实验结果表明,TNMM-DPC算法能够解决DPC算法所存在的问题,可以有效聚类人工数据集和UCI数据集。     

基于局部引力和距离的聚类算法

密度峰值聚类（DPC）算法对于密度多样、形状复杂的数据集不能准确选择聚类中心,同时基于局部引力的聚类（LGC）算法参数较多且需要手动调参。针对这些问题,提出了一种基于局部引力和距离的聚类算法（LGDC）。首先,利用局部引力模型计算数据点的集中度（CE）,根据集中度确定每个数据点与高集中度的点之间的距离;然后,选取具有高集中度值和高距离值的数据点作为聚类中心;最后,基于簇的内部点集中度远高于边界点的集中度的思想,分配其余数据点,并且利用平衡k近邻实现参数的自动调整。实验结果表明,LGDC在4个合成数据集上取得了更好的聚类效果;且在Wine、SCADI、Soybean等真实数据集上,LGDC的调整兰德系数（ARI）指标相较DPC、LGC等算法平均提高了0.144 7。     

面向流形数据的共享近邻密度峰值聚类算法

流形数据由一些弧线状或环状的类簇组成,其特点是同一类簇的样本间距离差距较大。密度峰值聚类算法不能有效识别流形类簇的类簇中心且分配剩余样本时易引发样本的连续误分配问题。为此,本文提出面向流形数据的共享近邻密度峰值聚类(density peaks clustering based on shared nearest neighbor for manifold datasets,DPC-SNN)算法。提出了一种基于共享近邻的样本相似度定义方式,使得同一流形类簇样本间的相似度尽可能高;基于上述相似度定义局部密度,不忽略距类簇中心较远样本的密度贡献,能更好地区分出流形类簇的类簇中心与其他样本;根据样本的相似度分配剩余样本,避免了样本的连续误分配。DPC-SNN算法与DPC、FKNNDPC、FNDPC、DPCSA及IDPC-FA算法的对比实验结果表明,DPC-SNN算法能够有效发现流形数据的类簇中心并准确完成聚类,对真实以及人脸数据集也有不错的聚类效果。     

结合自然和共享最近邻的密度峰值聚类算法

基于快速搜索和寻找密度峰值聚类算法(DPC)具有无需迭代且需要较少参数的优点,但其仍然存在一些缺点:需要人为选取截断距离参数;在流形数据集上的处理效果不佳。针对这些问题,提出一种密度峰值聚类改进算法。该算法结合了自然和共享最近邻算法,重新定义了截断距离和局部密度的计算方法,并且算法融合了候选聚类中心计算概念,通过算法选出不同的候选聚类中心,然后以这些候选中心为新的数据集,再次开始密度峰值聚类,最后将剩余的点分配到所对应的候选中心点所在类簇中。改进的算法在合成数据集和UCI数据集上进行验证,并与K-means、DBSCAN和DPC算法进行比较。实验结果表明,提出的算法在性能方面有明显提升。     

基于相对密度估计和多簇合并的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类(DPC)算法是一种新颖的基于密度的聚类算法,其原理简单、运行效率高.但DPC算法的局部密度只考虑了样本之间的距离,忽略了样本所处的环境,导致算法对密度分布不均数据的聚类效果不理想;同时,样本分配过程易产生分配错误连带效应.针对上述问题,提出一种基于相对密度估计和多簇合并的密度峰值聚类(DPC-RD-MCM)算法. DPC-RD-MCM算法结合K近邻和相对密度思想,定义了相对K近邻的局部密度,以降低类簇疏密程度对类簇中心的影响,避免稀疏区域没有类簇中心;重新定义微簇间相似性度量准则,通过多簇合并策略得到最终聚类结果,避免分配错误连带效应.在密度分布不均数据集、复杂形态数据集和UCI数据集上,将DPC-RD-MCM算法与DPC及其改进算法进行对比,实验结果表明:DPC-RD-MCM算法能够在密度分布不均数据上获得十分优异的聚类效果,在复杂形态数据集和UCI数据集的聚类性能上高于对比算法.     

一种基于共享近邻的密度峰值聚类算法

基于加权K近邻的密度峰值发现算法(FKNN-DPC)是一种简单、高效的聚类算法,能够自动发现簇中心,并采用加权K近邻的思想快速、准确地完成对非簇中心样本的分配,在各种规模、任意维度、任意形状的数据集上都能得到高质量的聚类结果,但其样本分配策略中的权重仅考虑了样本间的欧氏距离。文中提出了一种基于共享近邻的相似度度量方式,并以此相似度改进样本分配策略,使得样本的分配更符合真实的簇归属情况,从而提高聚类质量。在UCI真实数据集上进行实验,并将所提算法与K-means,DBSCAN,AP,DPC,FKNN-DPC等算法进行对比,验证了其有效性。     

基于相互邻近度的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法对密集程度不一数据的聚类效果不佳,样本分配过程易产生连带错误.为此,提出一种基于相互邻近度的密度峰值聚类算法.所提算法引入k近邻思想计算局部密度,以此保证密度的相对性.定义综合数据全局和局部特征的样本相互邻近度的度量准则,据此准则,提出一种新的样本分配策略.新的分配策略采用k近邻思想寻找密度峰值,将密度峰值的k个近邻点分配给其对应类簇,对所有已分配数据点寻找相互邻近度最高的未分配数据点,将未分配数据点分配给已分配数据点所在类簇.在合成和UCI数据集上,将所提算法与DPC、DBSCAN、OPTICS、AP、K-Means及DPC的改进算法进行比较,实验结果表明,所提出的算法性能最优.     

面向密度分布不均数据的近邻优化密度峰值聚类算法

密度分布不均数据是指类簇间样本分布疏密程度不同的数据.密度峰值聚类(DPC)算法在处理密度分布不均数据时,倾向于在密度较高区域内找到类簇中心,并易将稀疏类簇的样本分配给密集类簇.为避免上述缺陷,提出一种面向密度分布不均数据的近邻优化密度峰值聚类(DPC-NNO)算法.DPC-NNO算法结合逆近邻和k近邻定义新的局部密度,提高稀疏样本的局部密度,使算法能更准确地找到类簇中心;定义分配策略时引入共享近邻,计算样本间相似性,构造相似矩阵,使同一类簇样本联系更紧密,避免错误分配样本.将所提出的DPC-NNO算法与IDPC-FA、DPCSA、FNDPC、FKNN-DPC、DPC算法进行对比,实验结果表明,DPC-NNO算法在处理密度分布不均数据时能获得优异的聚类效果,对于复杂数据集和UCI数据集,DPC-NNO算法的综合性能优于对比算法.     

Ball-Tree优化的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法DPC（clustering by fast search and find of density peaks）时间复杂度高、准确度低的缺陷,提出了一种基于Ball-Tree优化的快速密度峰值聚类算法BT-DPC。算法利用第[k]近邻度量样本局部密度,通过构建Ball-Tree加速密度[ρ]及距离[δ]的计算;在类簇分配阶段,结合[k]近邻思想设计统计学习分配策略,将边界点正确归类。通过在UCI数据集上的实验,将该算法与原密度峰值聚类算法及其改进算法进行了对比,实验结果表明,BT-DPC算法在降低时间复杂度的同时提高了聚类的准确度。     

K近邻和加权相似性的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法的局部密度定义未考虑密度分布不均数据类簇间的样本密度差异影响, 易导致误选类簇中心; 其分配策略依据欧氏距离通过密度峰值进行链式分配, 而流形数据通常有较多样本距离其密度峰值较远, 导致大量本应属于同一个类簇的样本被错误分配给其他类簇, 致使聚类精度不高. 鉴于此, 本文提出了一种K近邻和加权相似性的密度峰值聚类算法. 该算法基于样本的K近邻信息重新定义了样本局部密度, 此定义方式可以调节样本局部密度的大小, 能够准确找到密度峰值; 采用样本的共享最近邻及自然最近邻信息定义样本间的相似性, 摒弃了欧氏距离对分配策略的影响, 避免了样本分配策略产生的错误连带效应. 流形及密度分布不均数据集上的对比实验表明, 本文算法能准确找到疏密程度相差较大数据集的密度峰值, 避免了流形数据的分配错误连带效应, 得到了满意的聚类效果; 同时在真实数据集上的聚类效果也十分优秀.     

自适应聚合策略优化的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类算法受人为干预影响较大和参数敏感的问题,即不正确的截断距离dc会导致错误的初始聚类中心,而且在某些情况下,即使设置了适当的dc值,仍然难以从决策图中人为选择初始聚类中心。为克服这些缺陷,提出一种新的基于密度峰值的聚类算法。该算法首先根据K近邻的思想来确定数据点的局部密度,然后提出一种新的自适应聚合策略,即首先通过算法给出阈值判断初始类簇中心,然后依据离初始类簇中心最近分配剩余点,最后通过类簇间密度可达来合并相似类簇。在实验中,该算法在合成和实际数据集中的表现比DPC、DBSCAN、KNNDPC和K-means算法要好,能有效提高聚类准确率和质量。     

结合密度比和系统演化的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类算法（DPC）能够有效地进行非球形数据的聚类,该算法需要输入截断距离,人工截取聚类中心,导致DPC算法的聚类效果有时较差。针对这些问题,提出一种结合密度比和系统演化的密度峰值聚类算法（DS-DPC）。利用自然最近邻搜索得出各样本点的邻居数目,根据密度比思想改进密度计算公式,使其能够反映周围样本的分布情况;对局部密度与相对距离的乘积进行降序排列,根据排序值选出聚类中心,将剩余样本按照DPC算法的分配策略进行聚类,避免了手动选择聚类中心的主观性;利用系统演化方法判断聚类结果是否需要合并或分离。通过在多个数据集上进行实验,并与其他聚类算法进行比较,实验结果表明,该算法具有较好的聚类效果。     

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。     

基于自适应近邻参数的密度峰聚类算法

针对基于共享最近邻的密度峰聚类算法中的近邻参数需要人为设定的问题,提出了一种基于自适应近邻参数的密度峰聚类算法。首先,利用所提出的近邻参数搜索算法自动获得近邻参数;然后,通过决策图选取聚类中心;最后,根据所提出的代表点分配策略,先分配代表点,后分配非代表点,从而实现所有样本点的聚类。将所提出的算法与基于共享最近邻的快速密度峰搜索聚类（SNN?DPC）、基于密度峰值的聚类（DPC）、近邻传播聚类（AP）、对点排序来确定聚类结构（OPTICS）、基于密度的噪声应用空间聚类（DBSCAN）和K-means这6种算法在合成数据集以及UCI数据集上进行聚类结果对比。实验结果表明,所提出的算法在调整互信息（AMI）、调整兰德系数（ARI）和FM指数（FMI）等评价指标上整体优于其他6种算法。所提算法能自动获得有效的近邻参数,且能较好地分配簇边缘区域的样本点。