图象检索中的ISOMAP算法与LLE算法及其比较

高维数据空间流形中有意义的低维嵌入是一个经典难题。ISOMAP是一种有效的基于流形理论的非线性降维方法,它不仅能够揭示高维数据的内在结构,还能够发现潜在的低维参数空间。ISOMAP的理论基础是假设在高维数据空间和低维参数空间存在等距映射,但并没有给出证明。而LLE算法能够实现高维输入数据点映射到一个全局低维坐标系,同时保留了邻接点之间的关系,这样,固有的几何结构就能够得到保留。LLE算法不仅能够有效地发现数据的非线性结构,同时还具有平移、旋转等不变特性。通过这2种算法的比较得出了结论,并提出了部分问题供后续探讨。     

几种流形学习算法的比较研究

如何发现高维数据空间流形中有意义的低维嵌入信息是流形学习的主要目的。目前,大部分流形学习算法都是用于非线性维数约简或是数据可视化的,如等距映射（Isomap）,局部线性嵌入算法（LLE）,拉普拉斯特征映射算（laplacian Eigenmap）等等,文章对这三种流形学习算法进行实验分析与比较,目的在于了解这几种流形学习算法的特点,以便更好地进行数据的降维与分析。     

基于最优密度方向的等距映射降维算法

等距映射算法(ISOMAP)是一种典型的非线性流形降维算法,该算法可在尽量保持高维数据测地距离与低维数据空间距离对等关系的基础上实现降维.但ISOMAP容易受噪声的影响,导致数据降维后不能保持高维拓扑结构.针对这一问题,提出了一种基于最优密度方向的等距映射(ODD–ISOMAP)算法.该算法通过筛选数据的自然邻居确定每个数据沿流形方向的最优密度方向,之后基于与各近邻数据组成的向量相对最优密度方向投影的角度、方向和长度合理缩放局部邻域距离,引导数据沿流形方向计算测地距离,从而降低算法对噪声的敏感度.为验证算法有效性,选取了2类人工合成数据和5类实测数据作为测试数据集,分别使用ISOMAP,LLE,HLLE,LTSA,LEIGS,PCA和ODD–ISOMAP算法对数据集降维,并对降维数据进行K-mediods聚类分析.通过比对聚类正确率以及不同幅度噪声对此正确率的影响程度评价各算法降维效果优劣.结果表明,ODD–ISOMAP算法较其他6种常见算法降维效果提升显著,且对噪声干扰有更强的抵抗能力.     

高维数据流形的低维嵌入及嵌入维数研究

发现高维数据空间流形中有意义的低维嵌入是一个经典难题.Isomap是提出的一种有效的基于流形理论的非线性降维方法,它不仅能够揭示高维观察数据的内在结构,还能够发现潜在的低维参教空间.Isomap的理论基础是假设在高维数据空间和低维参数空间存在等距映射,但并没有进行证明.首先给出了高维数据的连续流形和低维参数空间之间的等距映射存在性证明,然后区分了嵌入空间维数、高维数据空间的固有维数和流形维数,并证明存在环状流形高维数据空间的参数空间维数小于嵌入空间维数.最后提出一种环状流形的发现算法,判断高维数据空间是否存在环状流形,进而估计其固有维教及潜在空间维数.在多姿态三维对象的实验中证明了算法的有效性,并得到正确的低维参数空间.     

流形学习中的算法研究

详细介绍了一种新的机器学习的方法--流形学习.流形学习是一种新的非监督学习方法,可以有效地发现高维非线性数据集的内在维数并进行维数约简,近年来越来越受到机器学习和认知科学领域的研究者的重视.目前已经出现了很多有效的流形学习算法,如等度规映射(ISOMAP)、局部线性嵌套(Locally Linear Embedding ,LLE)等.详细讲述了当前常用的几种流形学习算法以及在流形方面已经取得的研究成果,并对流形学习目前在各方面的应用作了较为细致的阐述.最后展望了流形学习的研究发展趋势,且提出了流形学习中仍需解决的关键问题.     

改进的有监督的局部线性嵌入算法及实验演示

流形学习方法中的LLE算法可以将高维数据在保持局部邻域结构的条件下降维到低维流形子空间中．并得到与原样本集具有相似局部结构的嵌入向量集合。LLE算法在数据降维处理过程中没有考虑样本的分类信息。针对这些问题进行研究,提出改进的有监督的局部线性嵌人算法（MSLLE）,并利用MatLab对该改进算法的实现效果同LLE进行实验演示比较。通过实验演示表明,MSLLE算法较LLE算法可以有利于保持数据点本身内部结构。     

融合LLE和ISOMAP的非线性降维方法

局部线性嵌入（LLE）和等距映射（ISOMAP）在降维过程中都只单一地保留数据集的某一种特性结构, 从而使降维后的数据集往往存在顾此失彼的情况。针对这种情况, 借助流形学习的核框架, 提出融合LLE和ISOMAP的非线性降维方法。新的融合方法使降维后的数据集既保持着数据点间的局部邻域关系, 也保持着数据点间的全局距离关系。在仿真数据集和实际数据集上的实验结果证实了该方法的优越性。     

改进的多流形LLE学习算法

流形学习已成为机器学习和数据挖掘领域的研究热点。比如,算法LLE（Locally Linear Embedding）作为一种非线性降维算法有很好的泛化性能,被广泛地应用于图像分类和目标识别,但其仅仅假设了数据集处于单流形的情况。MM-LLE（Multiple Manifold Locally Linear Embedding）学习算法作为一种考虑多流形情况的改进算法,依然存在几点不足之处。因此,提出改进的MM-LLE算法,通过任意两类间的局部低维流形组合并构建分类器来提高分类精度;同时改进原算法计算最佳维度的方法。通过与算法ISOMAP、LLE以及MM-LLE比较分类精度,实验结果验证了改进算法的有效性。     

基于流形学习和SVM的Web文档分类算法

为解决Web文档分类问题,提出一种基于流形学习和SVM的Web文档分类算法。该算法利用流形学习算法LPP对训练集中的高维Web文档空间进行非线性降维,从中找出隐藏在高维观测数据中有意义的低维结构,在降维后的低维特征空间中利用乘性更新规则的优化SVM进行分类预测。实验结果表明该算法以较少的运行时间获得更高的分类准确率。     

改进的局部线性嵌入算法及其应用

局部线性嵌入算法（LLE）中常用欧氏距离来度量样本间相似度,而对于具有低维流形结构的高维数据,欧氏距离不能衡量流形上两点间相对位置关系。提出基于Geodesic Rank-order距离的局部线性嵌入算法（简称GRDLLE）。应用最短路径算法（Dijkstra算法）找到最短路径长度来近似计算任意两个样本间的测地线距离,计算Rank-order距离用于LLE算法的相似性度量。将GRDLLE算法、其他改进LLE的流形学习算法及2DPCA算法在ORL与Yale数据集上进行对比实验,对数据用GRDLLE算法进行降维后人脸识别率有所提高,结果表明GRDLLE算法具有很好的降维效果。     

流形学习概述

流形学习是一种新的非监督学习方法,近年来引起越来越多机器学习和认知科学工作者的重视.为了加深对流形学习的认识和理解,该文由流形学习的拓扑学概念入手,追溯它的发展过程.在明确流形学习的不同表示方法后,针对几种主要的流形算法,分析它们各自的优势和不足,然后分别引用Isomap和LLE的应用示例.结果表明,流形学习较之于传统的线性降维方法,能够有效地发现非线性高维数据的本质维数,利于进行维数约简和数据分析.最后对流形学习未来的研究方向做出展望,以期进一步拓展流形学习的应用领域.     

基于流形学习的维数约简算法

介绍线性维数约简的主成分分析和多维尺度算法,描述几种经典的能发现嵌入在高维数据空间的低维光滑流形非线性维数约简算法,包括等距映射、局部线性嵌入、拉普拉斯特征映射、局部切空间排列、最大方差展开。与线性维数约简算法相比,非线性维数约简算法通过维数约简能够发现不同类型非线性高维数据的本质特征。     

Incremental nonlinear dimensionality reduction by manifold learning

Understanding the structure of multidimensional patterns, especially in unsupervised cases, is of fundamental importance in data mining, pattern recognition, and machine learning. Several algorithms have been proposed to analyze the structure of high-dimensional data based on the notion of manifold learning. These algorithms have been used to extract the intrinsic characteristics of different types of high-dimensional data by performing nonlinear dimensionality reduction. Most of these algorithms operate in a "batch" mode and cannot be efficiently applied when data are collected sequentially. In this paper, we describe an incremental version of ISOMAP, one of the key manifold learning algorithms. Our experiments on synthetic data as well as real world images demonstrate that our modified algorithm can maintain an accurate low-dimensional representation of the data in an efficient manner.     

基于局部线性嵌入算法的汉语数字语音识别

语音信号转换到频域后维数较高,流行学习方法可以自主发现高维数据中潜在低维结构的规律性,提出采用流形学习的方法对高维数据降维来进行汉语数字语音识别。采用流形学习中的局部线性嵌入算法提取语音频域上高维数据的低维流形结构特征,再将低维数据输入动态时间规整识别器进行识别。仿真实验结果表明,采用局部线性嵌入算法的汉语数字语音识别相较于常用声学特征MFCC维数要少,识别率提高了1.2%,有效提高了识别速度。     

基于认知的流形学习方法概要

流形学习是一种新出现的机器学习方法,近年来引起越来越多的计算机科学工作者和认知科学工作者的重视.为了加深对流形学习的认识和理解,从流形与流形学习的基本概念入手,追溯它的发展历程.针对目前的几种主要的流形算法,分析它们各自的优势和不足,然后引用LLE的应用示例.说明流形学习较之于传统的线性降维方法如PCA等,能够有效地发现非线性高维数据的本质维数,可以有效地进行维数约简和数据分析.最后对流形学习未来的研究方向做出展望,以期进一步拓展流形学习的应用领域.     

流形距离与压缩感知核稀疏投影的局部线性嵌入算法

流形学习算法的目的是发现嵌入在高维数据空间中的低维表示,现有的流形学习算法对邻域参数k和噪声比较敏感。针对此问题,文中提出一种流形距离与压缩感知核稀疏投影的局部线性嵌入算法,其核心思想是集成局部线性嵌入算法对高维流形结构数据的降维有效性与压缩感知核稀疏投影的强鉴别性,以实现高效有降噪流形学习。首先,在选择各样本点的近邻域时,采用流形距离代替欧氏距离度量数据间相似度的方法,创建能够正确反映流形内部结构的邻域图,解决以欧氏距离作为相似性度量时对邻域参数的敏感。其次,利用压缩感知核稀疏投影作为从高维观测空间到低维嵌入空间的映射,增强算法的鉴别性。最后,利用Matlab工具对实验数据集进行仿真,进一步验证所提算法的有效性。