基于ISOMAP改进算法的人耳识别

针对ISOMAP算法对新增样本泛化能力较差的缺点,通过对LLE算法局部重构思想的深入理解,提出了MRC-ISOMAP(manifold reconstruction-ISOMAP)算法用于样本特征的维数约简.MRC-ISOMAP算法对训练样本采用全局非线性结构保持的思想,利用ISOMAP算法计算训练样本的低维表示;对新增样本利用局部线性的思想,保持局部线性关系不变,从而可以更加快速准确地用低维训练样本重构新增样本的低维表示.USTB3人耳图像库上的实验结果表明,与原始ISOMAP算法相比,MRC-ISOMAP算法可以获得更高的识别率,并在处理新样本时具有更高的效率.     

一种改进的ISOMAP分类算法

传统的等距特征映射算法在降维时未考虑数据的类别标签,降维后不能够产生从高维到低维的映射矩阵,且不适用于多个类簇的情况,不能直接用于分类。针对这几个问题利用近邻元分析方法取代多维尺度分析法,并且引入特征向量作为输入矩阵,提出一种以分类为目的的等距特征映射算法(NC-ISOMAP)。降维时获取理想的低维投影矩阵,使降维后类间数据更加分开,类内数据更加紧凑。实验结果表明NC-ISOMAP算法能够取得很好的降维效果和分类性能,并在不同的数据集中有着较好的鲁棒性。     

一种新的基于MSC和ISOMAP的快速流形学习算法

针对等距特征映射(ISOMAP)算法计算复杂度高的问题,提出了一种新的基于最小子集覆盖(MSC)策略的快速等距特征映射算法(Fast-ISOMAP)。与原始的ISOMAP算法相比,Fast-ISOMAP算法在不显著改变原始ISOMAP算法嵌入性能的条件下,大大提高了算法的计算效率,也适用于大规模流形学习问题。在标准数据集上的实验结果验证了该算法的有效性。     

一种改进的有间隔流形ISOMAP算法

ISOMAP算法成功应用的潜在条件是要求数据集均匀抽样于单个的内在流形。如果数据集均匀采样于某个内在流形,但内部出现了一个间隔,ISOMAP算法可能失效。提出了G-ISOMAP(ISOMAP with a Gap)算法,该算法充分利用了数据集中的间隔特性。首先检测被间隔的子流形间最短欧氏距离对应的数据点,然后将这些数据点互相设置为邻域点,最后用ISOMAP算法找到低维嵌入结果。对G-ISOMAP与ISOMAP算法的区别与联系进行了详细的理论说明,得出ISOMAP算法是G-ISOMAP算法的一个特例,G-ISOMAP算法是ISOMAP算法扩充的结论。实验结果验证了该算法比其他常用的流形学习算法在有间隔的数据集上更有效。     

一种基于ISOMAP的分类算法

提出一种解决分类任务的等测距映射算法,该算法利用类标签信息指导高维数据的降维．首先根据类标签在属于某个类的数据集上构造类内邻域图;然后寻找类间最短距离相邻边,并将其乘以大于1的尺度变化因子,使得降维后的类内数据更加紧凑、类问数据更加分开;最后利用BP神经网络构建一个近似的从原始高维数据集到低维数据集之间的映射函数,通过遗传算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化,以避免使用剃度下降算法所带来的局部最优问题．实验结果表明,分类性能有较大提高,并对噪声有一定的鲁棒性．     

面向行为识别的拉普拉斯特征映射算法的改进

提出了一种面向行为识别的拉普拉斯特征映射算法的改进方法.首先,将Kinect提供的关节点数据作为姿态特征,采用Levenstein距离改进流形学习算法中的拉普拉斯特征映射算法,并映射到二维空间得到待识别行为的嵌入空间;其次,结合待识别行为的嵌入空间和训练数据建立先验模型;最后,通过重新设计的粒子动态模型和观察模型,采用粒子滤波算法进行行为识别.实验结果表明,该方法可以对重复动作、遮挡,以及动作幅度和速度都有明显差异的行为进行较好的识别,总体识别率达到92.4％.     

基于紧集子覆盖的流形学习算法

年以后新兴了一系列非线性降维的方法,流形学习中的Isomap就是其中的代表。该算法能够反映数据集的全局结构且简单高效,但是存在低维流形等距的欧氏子集必须是凸集和计算复杂度高等缺点。L-Isomap成功降低了算法的计算复杂度,但是对于地标点(landmark points)的选取大多采用随机的方法,致使该算法不稳定。依据拓扑学和泛函分析中有限维空间有界闭集与紧集(compact set)等价、紧集的任一开覆盖存在有限子覆盖等经典定理,分析数据集所在区域的拓扑结构,确定了一系列能够反映数据结构的地标点。这样的方法计算复杂度低,比L-Isomap稳定,且将数据集是凸集的要求弱化到紧集(有界闭集),避免了传统Isomap算法放大不完整流形中的“空洞”误差等问题。     

一种基于加权标志点的流形学习算法

近年来出现的一系列进行维数约简的非线性方法——流形学习中等距映射（Isomap）是其中的代表,该算法高效、简单,但计算复杂度较高。基于标志点（Landmark Points）的L-Isomap减少了计算复杂度,但对于标志点的选取,大都采用随机的方法,致使该算法不稳定。考虑到样本点和近邻点相对位置,将对嵌入流形影响较大的样本点赋予较高的权重。然后根据权重大小选择标志点,同时考虑标志点之间的相对位置,使得选出的标志点不会出现过度集中的现象,近似直线分布的概率也大大降低,从而保证了算法的稳定性。实验结果表明,该算法在标志点数量较少的情况下,比L-Isomap稳定,且对缺失数据的不完整流形,也能获取和Isomap相差不大的结果。     

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...     

基于最小连通邻域图的ISOMAP算法

噪音的干扰和邻域大小的不合适会在ISOMAP算法的邻域图中引入“短路”边,使其不能正确表达数据的邻域结构,从而使该算法具有较差的鲁棒性和拓扑稳定性。为此,根据最小连通邻域图能有效避免“短路”边的特点,提出了一种能有效删除“短路”边因而更具鲁棒性和拓扑稳定性的ISOMAP算法——基于最小连通邻域图的ISOMAP（MCNG-ISOMAP）算法。该算法能在一定程度上避免邻域大小难以有效选取的问题,同时还能在不依赖于邻域大小的情况下发现数据真正的固有维数。     

一种对奇异值不敏感的ISOMAP

ISOMAP是一种经典的非线性降维方法,能够有效地发现高维非线性数据集的低维几何结构,但该算法对奇异值和噪声非常敏感。利用具有鲁棒性的主成分分析（Robust PCA）来探测奇异点,并对奇异点进行适当处理以降低ISOMAP对其的敏感程度。所提出的算法直观且易于理解,实验结果也证明它具有较好的鲁棒性,而且在奇异点较多的情况下仍能保持数据的整体结构。     

基于增量流形学习的语音情感特征降维方法

非线性流形学习可以准确反映现实非线性数据本质并进行较好的降维,但在语音情感识别过程中难以有效处理不断增加的语音数据集,也不能充分利用训练过程中的情感特征信息。针对上述情况,提出一种基于增量流形学习的语音情感特征降维方法。该方法利用等距映射将训练样本特征维数降至目标维数后,通过增量流形学习的方法分批求得测试样本的低维特征。实验结果表明,相比同类方法,该方法具有较低的运算复杂度和较高的识别率。     

应用于不完整流形的ISOMAP算法

等距特征映射(ISOMAP)算法要求数据位于单一流形之上且具有良好采样,而当数据采样于一个不完整流形时,该算法将会产生“过聚类”问题。为此,提出了一种改进算法--WISOMAP,它采用多维尺度分析(MDS)算法的一个变种--WMDS来降低逼近精度相对较差的多边测地距离在MDS距离保持中的主导作用,使逼近精度相对较好的少边测地距离能够得到更好的保持,从而能在一定程度上缓解“过聚类”问题。实验结果表明WISOMAP算法能更好地对采样于不完整流形的数据进行可视化。     

基于密度缩放因子的ISOMAP算法

等度量映射(ISOMAP)算法是一种被广泛应用的非线性无监督降维算法,通过保持各个观测样本间的测地距离进行等距嵌入,从而实现高维空间向低维空间的坐标转换。但在实际应用中,观测数据无可避免地会存在噪声,由于测地距离的计算对噪声比较敏感,并且也没有考虑数据集的密度分布,导致ISOMAP算法降维后低维坐标表示存在几何变形。针对这一缺点,根据局部密度的思想,提出一种基于密度缩放因子的ISOMAP(Density Scaling Factor Based ISOMAP,D-ISOMAP)算法。在传统的ISOMAP算法框架下,首先,针对每个观测样本计算一个局部密度缩放因子;然后,在测地距离的计算过程中,将直接相邻的两个样本之间的测地距离除以这两个样本密度缩放因子的乘积;最后,通过最短路径算法求得改进后的距离矩阵,并对其进行降维处理。改进的测地距离在密度较大的区域被缩小,而在密度较小的区域被放大,这样可以减小噪声对降维效果的影响,提升可视化和聚类效果。人工数据集和UCI数据集上的实验结果表明,在数据集的可视化和聚类效果方面, D-ISOMAP算法较经典的无监督降维算法具有一定的优势。     

基于改进二维保局投影算法的人脸识别

传统的二维保局投影(2DLPP)算法未考虑样本邻域间局部信息,并且所提取的特征矩阵分量间存在相关性。针对该问题,提出基于大间距准则的最小相关性监督2DLPP算法。引入类间局部散度矩阵和类内局部散度矩阵,最大化带权的散度矩阵迹差,以增大样本类间散度,减小样本类内散度,从而更好地刻画数据的流形结构。计算所提取特征矩阵各分量间的协方差矩阵,通过最小相关性分析,减少特征信息的冗余。在Yale和ORL人脸库上进行仿真实验,结果显示,当训练样本数为5时,该算法的最高识别率分别为92.5%和96.2%,与传统2DLPP算法、二维主成分分析法、二维线性判别分析法和二维大间距准则法相比,识别率均有所提高。同时对不同训练样本数下识别率均值和方差进行分析,验证了算法的稳定性。     

基于等距映射的视频水印算法

提出一种基于等距映射的视频水印算法,利用等距映射把原始视频各帧投影到二维平面上并应用奇异值分解把水印信息嵌入到视频帧与其在二维平面上投影点之间的差值上。实验证明,该算法对随机噪声干扰和诸如旋转、平移、裁剪等空间同步失真的攻击以及帧丢弃、帧插入等时间同步失真具有较好的鲁棒性。