核聚類與支援向量聚類

2021-05-09 23:27:43 字數 3054 閱讀 1602

核聚類與支援向量聚類

聚類是資料探勘中用來發現資料分布和隱含模式的一項重要技術

[1]。作為一種常見的資料分析工具和無監督機器學習方法,聚類的目的是把資料集合分成若干類(或簇),使得每個類中的資料之間最大限度地相似,而不同類中的資料最大程度地不同。根據聚類演算法所採用的基本思想,大致可以將它們分為五種

[2],即劃分聚類、層次聚類、基於密度的聚類、基於網格的聚類和基於模型的聚類。目前對聚類演算法的研究正在不斷深入,其中核聚類演算法和譜聚類演算法是近年來受到廣泛關注的兩種演算法

[3]。

核聚類方法的主要思想是通過乙個非線性對映,將輸入空間中的資料點對映到高維特徵空間中,並選取合適的

mercer

核函式代替非線性對映的內積,在特徵空間中進行聚類

。該方法是普適的,它比經典的聚類方法有較大的改進。它通過非線性對映增加了資料點線性可分的概率,即能較好地分辨、提取並放大有用的特徵,從而實現更為準確的聚類,演算法收斂速度也較快。在經典聚類演算法失效的情況下,核聚類演算法常常能得到較好的聚類結果

[4]。

支援向量聚類(

support vector clustering, svc

屬於核聚類的一種,它以支援向量機(

support vector machine, svm

)為工具進行聚類

[5]。它是

ben-hur

等在基於高斯核的

svdd

(support vector domain description

)演算法基礎上進一步發展起來的無監督非引數型的聚類演算法

[6]。

它的基本思想是:利用高斯核,將資料空間中的資料點對映到乙個高維的特徵空間中。再在特徵空間中尋找乙個能包圍所有資料點象的半徑最小的球,將這個球映回到資料空間,則得到了包含所有資料點的等值線集。這些等值線就是簇的邊界。每一條閉合等值線包圍的點屬於同乙個簇

[7, 8]

。svc

演算法主要分為兩個階段:svc

訓練階段和聚類分配階段。

其中

svc訓練階段包括高斯核寬度係數的確定、核矩陣的計算、

lagrange

乘子的計算、支援向量的選取和高維特徵空間中特徵球半徑的計算。聚類分配階段首先生成鄰接矩陣,然後根據鄰接矩陣進行聚類分配

[9]。

svc演算法具有兩大顯著優勢:能產生任意形狀的簇邊界;能分析雜訊資料點且能分離相互交疊的簇。這是許多聚類演算法無法做到的。但

svc演算法仍存在兩個瓶頸:

lagrange

乘子的計算和鄰接矩陣的計算。相對而言,後者需要消耗的計算時間遠比前者多

[9]。因此很多新的

svc演算法都旨在提高鄰接矩陣的計算效率

參考文獻

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