基于局部中心量度的聚类算法研究

发布时间：2020-08-31 15:21

　　聚类分析是数据挖掘的主流技术之一,它在人工智能领域有着广泛应用。簇的定义和聚类方法的双重多样性致使数据科学发展过程中聚类算法拥有“数量庞大”“类型多样”等特点。一般而言,能将无标签的样本点聚为若干个簇的算法都可以称为聚类算法,人们常根据这些算法的基本思想或基本假设将其分为几个常见的类型:分割聚类法、层次聚类法、密度聚类法、网格聚类法、模型聚类法等。该文提出了一类基于局部中心量度的聚类算法,其创造性成果主要体现在:1)首创性地提出了局部中心量度的概念。局部中心量度是衡量空间中任意点的局部中心程度的量,聚类过程中区分中心区域的点和边缘区域的点有赖于正确估计出样本点的局部中心程度。该文认为,密度聚类算法中选用的样本点密度起着局部中心量度的作用:密度高于预先设定的阈值的样本点被划分为核心区域的点,而密度低于阈值的样本点被划分为边缘区域的点,它们之间相互连接形成最终的聚类结果。经验上,样本点密度较大的区域通常是簇中心区域,而样本点密度较小的区域通常是簇边缘区域。因而,有着完善的数学理论基础的样本点密度最先成为局部中心量度被广泛应用。然而,样本点密度作为局部中心量度存在着缺陷:密度阈值难以先于经验给出,这将导致以样本点密度为局部中心量度的聚类算法对参数敏感;不同的簇可能有着相差较大的最佳阈值,这将导致以样本点密度为局部中心量度的聚类算法难以处理不平衡问题。因此,人们需要设计新的局部中心量度。2)设计了多个局部中心量度。局部中心量度的准确性直接影响到聚类结果的正确性,一个良好的局部中心量度除了能够正确反映样本点的真实局部中心程度外还需要考虑:局部中心量度的稳定性,即不论应用于何种分布的数据,区分中心区域和边缘区域的样本点的阈值相对稳定,易于算法参数的选取,降低算法对参数的敏感度;局部中心量度的健壮性,即计算结果不易受数据分布的不平衡性影响。该文分别从mean shift和局部引力模型出发,设计了稳定性和健壮性更强的局部中心量度。3)提出了局部引力模型和新的聚类算法。基于局部引力模型,该文借助不同的局部中心量度间的多样性,同时使用多个局部中心量度,提出了LGC算法和CLA算法。新提出的聚类算法具有易于调参,结果准确等特点。4)设计了适用于多性能指标体系下的非参数检验方法。衡量聚类算法性能的指标较多,常见的有RI、ARI、NMI等。多种指标之间的数值相互直接比较是没有意义的,如就算法甲的RI值和算法乙的NMI值进行直接比较是没有意义的。该文采用秩转化的方法,提出了三种不同的计算秩的方法,将不同的性能指标对应的具体数值转化为秩值,通过对秩值进行统计检验完成多性能指标的融合。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.13

【参考文献】