基于模糊最大散度差判别准则的聚类方法

基于最大散度差判别准则提出了一种模糊最大散度差准则,并根据模糊最大散度差准则提出一种聚类方法(fuzzy maximum scatter difference discriminant criterion based clustering algorithm,简称FMSDC).该方法通过迭代优化方法实现聚类的同时还可以实现特征降维.该方法首先在最大散度差判别准则中引入模糊概念;然后通过具体原则设定模糊最大散度差判别准则中的参数η,从而在一定程度上降低了由参数η引起的敏感性;最后分别根据模糊隶属度μ_ik、最优鉴别矢量ω进行聚类和特征降维.实验结果表明,FMSDC方法不但具有基本的聚类功能,而且具有较好的鲁棒性和较强的特征降维能力.     

结合可信度的km-means算法

以K-means为代表的聚类算法被广泛地应用在许多领域, 但是K-means不能直接处理不完整数据集. k_m-means是一种处理不完整数据集的聚类算法, 通过调整局部距离计算方式, 减少不完整数据对聚类过程的影响. 然而k_m-means初始化阶段选取的聚类中心存在较大的不可靠性, 容易陷入局部最优解. 针对此问题, 本文引入可信度, 提出了结合可信度的k_m-means聚类算法, 通过可信度调整距离计算, 增大初始化过程中选取聚类中心的可靠性, 提高聚类算法的准确度. 最后, 通过UCI和UCR数据集验证算法的有效性.     

具有模态词□φ=□1V□2φ且可靠与完备的公理系统

提出具有模态词□φ=□₁V□₂φ的命题模态逻辑,给出其语言、语法与语义,其公理化系统是可靠与完备的,其中,□₁与□₂是给定的模态词.该逻辑的公理化系统具有与公理系统S5相似的语言,但具有不同的语法与语义.对于任意的公式φ,□φ=□₁V□₂φ;框架定义为三元组W,R₁,R₂,模型定义为四元组W,R₁,R₂,I;在完备性定理证明过程中,需要在由所有极大协调集所构成的集合上构造出两个等价关系,其典型模型的构建方法与经典典型模型的构建方法不同.如果□₁的可达关系R₁等于□₂的可达关系R₂,那么该逻辑的公理化系统变成S5.     

一种新的聚类有效性函数

聚类有效性函数是用于评价聚类结果优劣的指标,准确地给出初始聚类类别数将使得聚类结果趋于合理化。根据模糊不确定性理论及聚类问题的基本特性,引入了新的紧密度度量指标D_i（U;c）,在此基础上提出了一个旨在寻求最优聚类类别数的有效性函数。该函数基于数据集的紧密度与分离度特征,综合考虑了数据成员的隶属度及数据集的几何结构。实验结果表明该有效性函数能够发现最优的聚类类别数,对于分类结构较为明确的数据集表现出良好的性能,并且对于权重系数具有良好的鲁棒性。     

高阶类型化可验证应用系统体系结构建模及案例

随着应用软件体系结构风格变化和规模变大,其运行环境变得日趋复杂,对应用系统体系结构的设计及其正确性验证提出了新的挑战.现有的应用系统体系结构设计无法支持需求满足验证,需求满足验证需要其它验证工具的支持.而应用系统体系结构在设计阶段的需求满足验证,有助于客观评价应用系统部署方案和系统如期上线以及主动运维.本文面向应用系统体系结构设计及其验证,在模型驱动的软件工程背景下,提出了一种高阶类型化模型驱动的可验证应用系统体系结构建模语言（V_ASAML）与可验证应用系统体系结构建模方法（V_ASAMM）.V_ASAML语言通过定义类型和项的语法和语义,描述构成应用系统体系结构的类型和对象的结构,通过定义两种类型规则及其类型检查算法,判定Γ⊦t：T和Γ⊦R（T₁,T₂）是否成立,其中,结构类类型规则用于描述应用系统体系结构中的组成部分,关系类类型规则用于描述组成部分之间的关系和配置.V_ASAMM方法给出了应用系统体系结构建模过程,包括构建M_bd（基本数据类型）、M_bti（基本接口类型）、M_dev（设备类型）和M_frwk（应用系统框架）等四层,以及自动生成层内与层间类型之间关系对应的类型规则,同时定义了设备类型服务调用图（G_DSI）用以刻画部署要求,定义了类型序列及其正确性用以刻画需求期望性质,并给出了相应的基于类型检查的验证算法.设计实现了基于该方法的原型工具系统V_ASAMS,其中,建模编辑环境支持应用系统部署方案的设计过程,验证环境支持设计是否满足需求的自动验证.通过一个实际案例完成了某行业较大规模应用系统体系结构的建模和验证.     

基于不相似性度量优化的密度峰值聚类算法

密度峰值聚类（clustering by fast search and find of density peaks,简称DPC）是一种基于局部密度和相对距离属性快速寻找聚类中心的有效算法.DPC通过决策图寻找密度峰值作为聚类中心,不需要提前指定类簇数,并可以得到任意形状的簇聚类.但局部密度和相对距离的计算都只是简单依赖基于距离度量的相似度矩阵,所以在复杂数据上DPC聚类结果不尽如人意,特别是当数据分布不均匀、数据维度较高时.另外,DPC算法中局部密度的计算没有统一的度量,根据不同的数据集需要选择不同的度量方式.第三,截断距离d_c的度量只考虑数据的全局分布,忽略了数据的局部信息,所以d_c的改变会影响聚类的结果,尤其是在小样本数据集上.针对这些弊端,提出一种基于不相似性度量优化的密度峰值聚类算法（optimized density peaks clustering algorithm based on dissimilarity measure,简称DDPC）,引入基于块的不相似性度量方法计算相似度矩阵,并基于新的相似度矩阵计算样本的K近邻信息,然后基于样本的K近邻信息重新定义局部密度的度量方法.经典数据集的实验结果表明,基于不相似性度量优化的密度峰值聚类算法优于DPC的优化算法FKNN-DPC和DPC-KNN,可以在密度不均匀以及维度较高的数据集上得到满意的结果;同时统一了局部密度的度量方式,避免了传统DPC算法中截断距离d_c对聚类结果的影响.     

一种采用新型聚类方法的最佳类簇数确定算法

聚类分析是统计学、模式识别和机器学习等领域的研究热点.通过有效的聚类分析,数据集的内在结构与特征可以被很好地发掘出来.然而,无监督学习的特性使得当前已有的聚类方法依旧面临着聚类效果不稳定、无法对多种结构的数据集进行正确聚类等问题.针对这些问题,首先将K-means算法和层次聚类算法的聚类思想相结合,提出了一种混合聚类算法K-means-AHC;其次,采用拐点检测的思想,提出了一个基于平均综合度的新聚类有效性指标DAS（平均综合度之差,difference of average synthesis degree）,以此来评估K-means-AHC算法聚类结果的质量;最后,将K-means-AHC算法和DAS指标相结合,设计了一种寻找数据集最佳类簇数和最优划分的有效方法.实验将K-means-AHC算法用于测试多种结构的数据集,结果表明：该算法在不过多增加时间开销的同时,提高了聚类分析的准确性.与此同时,新的DAS指标在聚类结果的评价上要优于当前已有的常用聚类有效性指标.     

基于A2范数的加权低秩子空间聚类

子空间聚类在运动分割、人脸聚类上得了广泛的应用,并且取得很好的聚类效果.针对稀疏子空间聚类和最小二乘回归子空间聚类求得的表示系数存在类内过于稀疏和类间过于稠密的问题,本文利用l₂范数,提出一种基于欧氏距离的且具有组效应的加权低秩子空间聚类算法,此算法通过基于欧氏距离的加权方式,使得最终的表示系数在保证同一子空间数据点联系的同时,减小不同子空间数据点之间的联系.利用此表示系数建立相似矩阵J,将J应用到谱聚类得到聚类结果.实验结果表明,与当前流行的算法比较,本算法取得了较好的聚类效果.     

一种新的模糊聚类有效性指标

针对模糊C均值(FCM)算法聚类数需要预先设定的问题,提出了一种新的模糊聚类有效性指标。首先,计算簇中每个属性的方差,给方差较小的属性赋予较大的权值,给方差较大的属性赋予较小的权值,得到一种基于属性加权的FCM算法;然后,根据FCM改进算法得到的隶属度矩阵计算类内紧致性和类间分离性;最后,利用类内紧致性和类间分离性定义一个新的聚类有效性指标。实验结果表明,该指标可以找到符合数据自然分布的类的数目。基于属性加权的FCM算法可以识别不同属性的重要程度,增加聚类结果的准确率,使用FCM改进算法得到的隶属度矩阵定义的有效性指标,能够发现正确的聚类个数,实现聚类无监督的学习过程。     

基于类中心与边界自寻优的聚类算法

随着互联网应用的普及和深入,涌现了许多新的应用场景和数据类型,导致许多经典的聚类算法不能有效地适应新的发展形势,成为数据挖掘中的棘手问题和研究热点,为此提出一种新颖的基于类中心与边界自寻优的数据聚类算法.该算法引入数据点“距离半径”分布矩阵R及其“距离半径累计”分布矩阵ΣR概念表征数据聚合度,并依据广度优先原则自寻优R与ΣR中皆为最小的数据点作为类中心;同时,提出“距离半径偏导”分布矩阵R’,描述簇类之间的松散度,并采用广度优先原则自寻优矩阵R’中的突变跃迁增长点,作为簇类之间的分界.通过经典的Aggregation聚类数据集的仿真实验测试,表明该算法能够有效地对多种形状、大小和不同密度分布的数据集进行聚类分析,能较好地识别出孤立点和噪声,具有较高的鲁棒性和分析精度.     

紧邻类与小类数据集下的模糊聚类有效性指标

模糊聚类有效性指标主要是为了解决模糊C-均值算法需要事先给定最佳聚类数的缺陷,但是现有的大多数模糊聚类有效性指标一般过于依赖聚类质心,使得这类指标在含有紧邻类与大小、密度差异大的数据集上无法准确地判断最佳聚类数。为了缓解这个问题,提出了新聚类有效性指标WS。WS指标在一定程度上考虑了最大最小隶属度法则与模糊集偏差,从而全面展示了数据集的整体信息。在人工与真实数据集上,评估WS指标与现有一些指标的有效性,新指标展现出了较高的准确性。在不同的模糊度下,WS有效性指标表现出了较好的鲁棒性。     

新模糊聚类有效性指标

模糊聚类是模式识别、机器学习和图像处理等领域的重要研究内容。模糊C-均值聚类算法是最常用的模糊聚类实现算法,该算法需要预先给定聚类数才能对数据集进行聚类。提出了一种新的聚类有效性指标,对聚类结果进行有效性验证。该指标从划分熵、隶属度、几何结构角度,定义了紧凑度、分离度、重叠度三个重要特征测量。在此基础上,提出了一种最佳聚类数确定方法。将新聚类有效性指标和传统有效性指标在6个人工数据集和3个真实数据集进行实验验证。实验结果表明,所提出的指标和方法能够有效地对聚类结果进行评估,适合确定样本的最佳聚类数。     

基于混合蛙跳与阴影集优化的粗糙模糊聚类算法

针对粗糙模糊聚类算法对初值敏感、易陷入局部最优和聚类性能依赖阈值选择等问题, 提出一种混合蛙跳与阴影集优化的粗糙模糊聚类算法(SFLA-SRFCM). 通过设置自适应调节因子, 以增加混合蛙跳算法的局部搜索能力; 利用类簇上、下近似集的模糊类内紧密度和模糊类间分离度构造新的适应度函数; 采用阴影集自适应获取类簇阈值. 实验结果表明, SFLA-SRFCM 算法是有效的, 并且具有更好的聚类精度和有效性指标.

     

Cluster validity index for estimation of fuzzy clusters of different sizes and densities

Cluster validity indices are used for estimating the quality of partitions produced by clustering algorithms and for determining the number of clusters in data. Cluster validation is difficult task, because for the same data set more partitions exists regarding the level of details that fit natural groupings of a given data set. Even though several cluster validity indices exist, they are inefficient when clusters widely differ in density or size. We propose a clustering validity index that addresses these issues. It is based on compactness and overlap measures. The overlap measure, which indicates the degree of overlap between fuzzy clusters, is obtained by calculating the overlap rate of all data objects that belong strongly enough to two or more clusters. The compactness measure, which indicates the degree of similarity of data objects in a cluster, is calculated from membership values of data objects that are strongly enough associated to one cluster. We propose ratio and summation type of index using the same compactness and overlap measures. The maximal value of index denotes the optimal fuzzy partition that is expected to have a high compactness and a low degree of overlap among clusters. Testing many well-known previously formulated and proposed indices on well-known data sets showed the superior reliability and effectiveness of the proposed index in comparison to other indices especially when evaluating partitions with clusters that widely differ in size or density.     

改进的粒子群模糊聚类算法

针对传统的模糊C-均值聚类算法对初始聚类中心较敏感、易陷入局部最优的缺点,将粒子群优化算法和FCM算法相结合,提出一种改进的模糊聚类算法。该算法利用粒子群算法的全局搜索能力代替FCM算法寻找初始聚类中心,使其跳出局部最优,实现模糊聚类。主要从反映数据集分类的类内紧致性程度和类间分离性程度的角度考虑,重新设计适应度函数。实验结果表明,提出的算法在聚类正确率和有效性指标上有更好的效果。     

快速模糊C均值聚类彩色图像分割方法

模糊C均值(FCM)聚类用于彩色图像分割具有简单直观、易于实现的特点，但存在聚类性能受中心点初始化影响且计算量大等问题，为此，提出了一种快速模糊聚类方法(FFCM)。这种方法利用分层减法聚类把图像数据分成一定数量的色彩相近的子集，一方面，子集中心用于初始化聚类中心点；另一方面，利用子集中心点和分布密度进行模糊聚类，由于聚类样本数量显著减少以及分层减法聚类计算量小，故可以大幅提高模糊C均值算法的计算速度，进而可以利用聚类有效性分析指标快速确定聚类数目。实验表明，这种方法不需事先确定聚类数目并且在优化聚类性能不变的前提下，可以使模糊聚类的速度得到明显提高，实现彩色图像的快速分割。     

密度和有效性指标的自适应模糊C-均值算法

FCM算法作为基于目标函数的模糊聚类算法中最经典的算法之一,在实际应用中得到了深入的研究,但FCM算法需要人为给定分类数C,因此破坏了聚类的无监督性。针对FCM算法的不足,提出了利用密度指标确定初始聚类数目上限Cmax,并且对有效性指标进行了改进,计算对于(1,Cmax]中的每一个c对应的有效性函数值,根据有效性评判,确定最佳聚类数,实现了自动得到最佳分类数的算法。     

一个改进的模糊聚类有效性指标

聚类有效性指标既可用来评价聚类结果的有效性,也可以用来确定最佳聚类数。根据模糊聚类的基本特性,提出了一种新的模糊聚类有效性指标。该指标结合了数据集的分布特征和数据隶属度两个重要因素来评价聚类结果,提高了判别的准确性。实验证明,该指标能对模糊聚类结果进行正确的评价,并自动获得最佳聚类数,特别是对类间有交叠的情况能够做出准确判定。     

一种改进的可能性聚类算法及其有效性指标

可能性聚类有两大缺陷:一致聚类中心问题和有效性指标失效问题。对于第一个问题,有人提出在目标函数中添加聚类中心排斥项,但这样会引入更多的参数。为此,本文提出了一种改进的可能性聚类算法,较好地解决了这个问题。对于第二个问题,本文通过对隶属度作适当变换,使修正的有效性指标适用于可能性聚类。实验结果表明,该算法的优越性明显,有效性指标估计更为准确。