基于近邻传播算法的半监督聚类

提出了一种基于近邻传播(affinity propagation,简称AP)算法的半监督聚类方法.AP是在数据点的相似度矩阵的基础上进行聚类.对于规模很大的数据集,AP算法是一种快速、有效的聚类方法,这是其他传统的聚类算法所不能及的,比如:K中心聚类算法.但是,对于一些聚类结构比较复杂的数据集,AP算法往往不能得到很好的聚类结果.使用已知的标签数据或者成对点约束对数据形成的相似度矩阵进行调整,进而达到提高AP算法的聚类性能.实验结果表明,该方法不仅提高了AP对复杂数据的聚类结果,而且在约束对数量较多时,该方法要优于相关比对算法.     

基于流形距离的半监督近邻传播聚类算法*

通过学习数据集的低维流形结构,给出一种流形距离测度;结合成对约束信息,调整数据的相似度矩阵,将其作为近邻传播算法的输入,提出了基于流形距离的半监督近邻传播聚类算法（SAP-MD）。通过在UCI标准数据集上的仿真实验表明,SAP-MD算法相比于仅利用成对约束信息的聚类算法,在聚类性能上有很大提高。     

基于网络社区发现的标签传播聚类算法

高维数据的聚类特性通常难以直接观测. 将其构建为复杂网络, 节点间的拓扑结构可以反映样本之间的关系. 对网络中的节点进行社区发现, 可实现对数据更直观的聚类. 提出一种基于网络社区发现的低随机性标签传播聚类算法. 首先, 用半径和最近邻方法将数据集构建为稀疏的全连通网络. 之后, 根据节点相似度进行节点标签预处理, 使得相似的节点具有相同的标签. 用节点的影响力值改进标签传播过程, 降低标签选择的随机性. 最后, 基于内聚度进行社区的优化合并, 提高社区的质量. 在真实数据集和人工数据集上的实验结果表明, 该算法对各种类型的数据都具有较好的适应性.     

基于约束优化传播的改进大规模数据半监督式谱聚类算法

针对传统谱聚类算法在聚类过程中所出现的高计算复杂度、噪声敏感,以及聚类簇形态偏斜等问题,结合当前大规模数据聚类的特点与需求,本文建立基于约束优化传播的改进大规模数据半监督式谱聚类模型。该模型首先利用先验成对点约束信息构建微型相似性矩阵,在此基础上采用Gabow算法提取该微型相似性矩阵所对应连通图的各强连通分支,继而提出面向各强连通分支的新型约束优化传播算法以获取整个数据集的点对相似度,最后通过奇异值分解并运用加速k-means算法获得大规模数据的聚类结果。在多个标准测试数据集上的实验表明,相比于该领域其它前期研究成果,本文所提聚类模型具有更高的聚类准确率和更低的计算复杂度,更适合大规模数据的聚类应用。     

一种成对约束限制的半监督文本聚类算法

半监督聚类能利用少量标记数据来提高聚类算法性能,但大部分文本聚类算法无法直接应用成对约束等先验信息。针对文本数据高维稀疏的特点,提出了一种半监督文本聚类算法。将成对约束信息扩展后嵌入文档相似度矩阵,在此基础上根据已划分与未划分文档之间的统计信息逐步找出剩余未划分文本集合中密集的且与已划分聚类中心集合相似度较小的K个初始聚类中心集合,然后将剩余的相对较难区分的文档结合成对约束限制信息划分到K个初始聚类中心集合,最后通过融合成对约束违反惩罚的收敛准则函数对聚类结果进行进一步优化。算法在聚类过程中自动确定初始聚类中心集合,避免了K均值算法对初始聚类中心选择的敏感性。在几个中英文数据集上的实验结果表明,所提算法能有效地利用少量的成对约束先验信息提高聚类效果。     

基于Seeds集和成对约束的半监督三支聚类集成

聚类集成使用合适的策略融合多个具有差异性的基聚类成员,能够有效提高聚类结果的稳定性、鲁棒性和准确率。当前聚类集成的研究较少利用已知的先验信息,面对复杂数据时难以刻画对象与类簇之间明确的归属关系。因此,提出一种基于Seeds集和成对约束的半监督三支聚类集成方法。首先,基于已有的标签信息提出一种新的三支标签传播算法构造基聚类成员;其次,提出一种半监督三支聚类集成框架集成基聚类成员,构造出一致性相似矩阵,并利用成对约束信息对该矩阵进行优化调整;最后,将三支谱聚类作为一致性函数对相似矩阵进行聚类,得到最终集成结果。在多个UCI真实数据集上的实验结果表明,与基于类簇的相似分区算法（CSPA）、超图分区算法（HGPA）、元类簇算法（MCLA）、标签传播算法（LPA）、Cop-Kmeans等半监督聚类集成算法相比,所提方法的归一化互信息（NMI）、调整兰德系数（ARI）和F测度在绝大多数据集上取得了最优值,获得了相对更好的聚类集成结果。     

采用对象特征向量表示法的标签聚类算法

在社会化标记系统中,常采用聚类等数据挖掘技术来解决标签冗余和语意模糊的问题.现有标签聚类算法大多根据不同标签在对象中共同出现的次数来计算它们之间的相似度,但是这种方法聚类的精确度与召回率并不高.针对此问题,提出一种新的标签聚类算法,充分考虑标签的标记信息,采用基于对象的特征向量来精确地表征一个标签,根据余弦相似度公式得到较为准确的标签相似度,然后采用K-Means算法将用户标签进行聚类.实验结果表明该算法能够得到更加精确的聚类结果.     

水泥熟料质量等级的半监督模糊聚类建模方法

运用半监督模糊聚类算法抽取了水泥熟料质量等级和生产过程中工艺参数之间的对应关系,在此基础上建立了规则化的熟料质量等级模型;具体算法上,引入了两类监督信息来改进无监督模糊聚类算法:一类是成对约束数据,目的是为了降低数据维度和改善空间相似性,一类是标签数据,目的是为了初始化聚类中心和修正聚类目标函数;经实际生产数据验证,改进后的算法可有效提高建模准确率、降低聚类维度和缩短计算时间。     

基于最近邻原则的半监督聚类算法

基于最近邻原则的半监督聚类算法是以基于最近邻的聚类中心求解算法为基础的。在基于最近邻的聚类中心求解算法中,用相似度矩阵记录数据点间的相似程度,由目标函数最小值求得聚类的类中心点。在基于最近邻原则的半监督聚类算法中,根据约束信息来调整相似度矩阵G,数据点间相似度的变化引起了数据点间加权欧式距离的变化,由此更新加权欧式距离矩阵M,最后执行聚类中心求解算法完成聚类。大量实验结果表明,该算法能获得较好的聚类结果。     

密度自适应的半监督谱聚类算法

谱聚类是一种新兴的聚类算法,数据点间的相似度定义对其聚类效果起着至关重要的作用。传统的谱聚类算法通常利用高斯核函数作为相似度函数,但是对于多密度的数据往往不能取得良好的效果。在定义新的相似度函数的基础上,提出了一种密度自适应的半监督聚类算法。该算法结合半监督聚类的成对约束理论,利用先验信息对样本点之间的相似度进行自适应调整,提高了聚类的精度。该算法在人工数据集和真实数据集上的仿真实验都取得了良好的效果。     

Exhaustive and Efficient Constraint Propagation: A Graph-Based Learning Approach and Its Applications

This paper presents a novel pairwise constraint propagation approach by decomposing the challenging constraint propagation problem into a set of independent semi-supervised classification subproblems which can be solved in quadratic time using label propagation based on $k$ -nearest neighbor graphs. Considering that this time cost is proportional to the number of all possible pairwise constraints, our approach actually provides an efficient solution for exhaustively propagating pairwise constraints throughout the entire dataset. The resulting exhaustive set of propagated pairwise constraints are further used to adjust the similarity matrix for constrained spectral clustering. Other than the traditional constraint propagation on single-source data, our approach is also extended to more challenging constraint propagation on multi-source data where each pairwise constraint is defined over a pair of data points from different sources. This multi-source constraint propagation has an important application to cross-modal multimedia retrieval. Extensive results have shown the superior performance of our approach.     

Research of semi-supervised spectral clustering algorithm based on pairwise constraints

Clustering is often considered as an unsupervised data analysis method, but making full use of the prior information in the process of clustering will significantly improve the performance of the clustering algorithm. Spectral clustering algorithm can well use the prior pairwise constraint information to cluster and has become a new hot spot of machine learning research in recent years. In this paper, we propose an effective clustering algorithm, called a semi-supervised spectral clustering algorithm based on pairwise constraints, in which the similarity matrix of data points is adjusted and optimized by pairwise constraints. The experiments on real-world data sets demonstrate the effectiveness of this algorithm.     

基于加权聚类集成的标签传播算法

标签传播算法（LPA）是一种高效地处理大规模网络的社区发现算法,由于其近乎线性的时间复杂度而受到广泛关注。然而,该算法每个节点的标签依赖于其邻居节点,其迭代速度和聚类有效性对标签信息的更新顺序非常敏感,影响了社区发现结果的准确性和稳定性。基于该问题,提出了一种基于加权聚类集成的标签传播算法。该算法利用多次标签传播算法的结果作为基聚类集,并用模块度评估每个基聚类的重要性,使其作为节点相似性度量的权值形成加权相似性矩阵,最后通过层次聚类得出最终的社区划分结果。在实验分析中,该算法和其他5个具有代表性的标签传播算法的改进算法在真实数据集上进行了比较,展示了新算法能有效地提高标签传播算法的社区发现精度。     

Overlapping correlation clustering

We introduce a new approach for finding overlapping clusters given pairwise similarities of objects. In particular, we relax the problem of correlation clustering by allowing an object to be assigned to more than one cluster. At the core of our approach is an optimization problem in which each data point is mapped to a small set of labels, representing membership in different clusters. The objective is to find a mapping so that the given similarities between objects agree as much as possible with similarities taken over their label sets. The number of labels can vary across objects. To define a similarity between label sets, we consider two measures: (i) a 0–1 function indicating whether the two label sets have non-zero intersection and (ii) the Jaccard coefficient between the two label sets. The algorithm we propose is an iterative local-search method. The definitions of label set similarity give rise to two non-trivial optimization problems, which, for the measures of set-intersection and Jaccard, we solve using a greedy strategy and non-negative least squares, respectively. We also develop a distributed version of our algorithm based on the BSP model and implement it using a Pregel framework. Our algorithm uses as input pairwise similarities of objects and can thus be applied when clustering structured objects for which feature vectors are not available. As a proof of concept, we apply our algorithms on three different and complex application domains: trajectories, amino-acid sequences, and textual documents.     

基于成对约束的偏标记数据消歧算法

偏标记数据消歧是利用偏标记数据进行机器学习的基础.针对偏标记数据中广泛存在的数据不平衡问题, 以及现有消歧算法对样本间约束信息利用不足的问题, 本文提出一种基于成对约束的偏标记数据消歧算法.首先, 基于低秩表示, 推导出数据不平衡条件下样本低秩表示系数和样本相似度之间的关系; 其次, 基于推导结果, 分别构建基于样本间正约束和负约束的图模型, 通过最小化图模型的能量函数求解偏标记数据的标签.在5个公开数据集上的实验结果表明本文方法相对基准算法在消歧准确率上平均提高了2.9 % ~ 14.9 %.     

半监督聚类中基于密度的约束扩展方法

现有的半监督聚类方法较少利用数据集空间结构信息,限制了聚类算法的性能。该文提出一种基于密度的约束扩展方法(DCE),将数据集以图的形式表达,定义一种基于密度的图形相似度。根据样本点间的距离和相似度关系,对已知约束集进行扩展,扩展后的约束集可用于各种半监督聚类算法。以约束完全连接聚类和成对约束K均值方法为例,说明了约束扩展方法的应用。实验表明,DCE能够有效地提升半监督聚类算法的性能。     

Multi-view constrained clustering with an incomplete mapping between views

Multi-view learning algorithms typically assume a complete bipartite mapping between the different views in order to exchange information during the learning process. However, many applications provide only a partial mapping between the views, creating a challenge for current methods. To address this problem, we propose a multi-view algorithm based on constrained clustering that can operate with an incomplete mapping. Given a set of pairwise constraints in each view, our approach propagates these constraints using a local similarity measure to those instances that can be mapped to the other views, allowing the propagated constraints to be transferred across views via the partial mapping. It uses co-EM to iteratively estimate the propagation within each view based on the current clustering model, transfer the constraints across views, and then update the clustering model. By alternating the learning process between views, this approach produces a unified clustering model that is consistent with all views. We show that this approach significantly improves clustering performance over several other methods for transferring constraints and allows multi-view clustering to be reliably applied when given a limited mapping between the views. Our evaluation reveals that the propagated constraints have high precision with respect to the true clusters in the data, explaining their benefit to clustering performance in both single- and multi-view learning scenarios.     

扩展约束的半监督谱聚类算法研究

通过对几种典型聚类算法的分析和比较,提出了一种新的聚类算法,基于扩展约束的半监督谱聚类算法,简称CE-SSC。这种算法扩展了已知约束集,通过密度敏感距离改变样本点的相似关系,结合半监督谱聚类进行聚类。在UCI基准集上的仿真实验结果证明,基于扩展约束的半监督谱聚类算法具有良好的聚类效应。     

一种结合主动学习的半监督文档聚类算法

半监督文档聚类,即利用少量具有监督信息的数据来辅助无监督文档聚类,近几年来逐渐成为机器学习和数据挖掘领域研究的热点问题.由于获取大量监督信息费时费力,因此,国内外学者考虑如何获得少量但对聚类性能提高显著的监督信息.提出一种结合主动学习的半监督文档聚类算法,通过引入成对约束信息指导DBSCAN的聚类过程来提高聚类性能,得到一种半监督文档聚类算法Cons-DBSCAN.通过对约束集中所含信息量的衡量和对DBSCAN算法本身的分析,提出了一种启发式的主动学习算法,能够选取含信息量大的成对约束集,从而能够更高效地辅助半监督文档聚类.实验结果表明,所提出的算法能够高效地进行文档聚类.通过主动学习算法获得的成对约束集,能够显著地提高聚类性能.并且,算法的性能优于两个代表性的结合主动学习的半监督聚类算法.