一种基于OPENACC指令加速的均值模糊算法

目前,计算机系统普遍使用GPGPU设备加速计算,但使用底层API进行加速计算繁琐而又缺乏效率,运用基于指令的高级抽象编程可以解决这个问题。运用均值模糊算法体验OPENACC的用法,OPENACC通过指令把C或C++中的计算紧密代码转移到GUP中。比较了分别使用CPU、OPENACC、CUDA实现均值模湖算法的性能表现,虽然CUDA有不错的性能,但相对于低下的开发效率和陡峭的学习曲线而言,OPENACC只用十几行代码就可以取得可观的加速比,而且随着编译器和硬件技术的发展,指令制导编译有越来越大的发展空间。

一种共调控基因C均值模糊聚类算法

聚类方法在基因表达数据分析中发挥着非常重要的作用,但基因表达数据相对其他领域的数据具有自身的特性,因此传统的数据距离定义和聚类方法已不能完全满足研究者对生物数据的分析要求。提出一种基于泊松分布的数据距离度量方式TransChisq,它以一种全新的视角定义了基因数据之间的距离,鉴于模糊聚类算法能够更加深刻地描述复杂的基因作用关系,将TransChisq距离与模糊聚类方法相结合对模糊C均值算法进行改进,并应用于真实基因表达数据分析。实验结果表明,该方法能够按照生物学的真实分类将基因表达数据聚类,并且可以发现更多的共调控基因,更加满足了基因表达数据分析的需要。

优化模糊C均值聚类的台区用户用电特征分析方法

精准的用户特性分析方法是配电网模型计算与电力服务制定的重要基础之一,为克服现有配电台区多样性用户划分的数量选择与特征选择难题,提出一种优化模糊C-均值聚类的用户用电特征分析方法。利用优化的模糊C-均值算法实现聚类分析,通过聚类中心建立特征模型,从而获知多样化场景下配电台区用户特性。在聚类过程中,通过蜜獾算法优化选取模糊C-均值聚类初值,来应对易局部最优的难题,找到目标函数最小的结果;利用指标自适应极小值的原则选取最佳聚类数,使聚类中心代表性更强。通过天津地区的典型案例获取用户用电特征,实现聚类目标函数与结果综合性评价指标最优的目的。

基于改进模糊C均值聚类与SMO算法的地铁轨道健康状态评价

轨道健康状态评价技术对于保障列车的运行安全与乘客的舒适性有重要意义,为寻求一种新的轨道设备综合评价方法,实现对轨道健康状态的科学评价,提出一种基于改进模糊C均值聚类和序列最小优化算法(SMO)构建轨道健康状态评估分析模型。该模型首先提出包含轨道几何状态和结构状态的综合评价指标体系;其次采用变异系数法计算评价指标的权重系数并代入模糊C均值聚类法,得到各轨道样本的分类结果;在此基础上,再利用序列最小优化算法通过划分数据对轨道健康状态进行评价;最后通过实例分析对该评价模型进行验证并开展研究。研究结果表明,经模型评价的855个轨道单元评价结果中优良比例为94%,预测效果良好,平均误差为5%,进而验证了该模型的指标体系和评价方法的科学性和合理性,并给出了进一步研究优化的方向。本文对各轨道指标统筹综合评价,为地铁轨道工务管理线路质量评价提供一种新思路,使轨道设备管理变得有序可控,减少人力、物力资源的浪费。

基于模糊C均值聚类的高铁动车组电缆终端局部放电识别

局部放电检测作为一种诊断车载电缆终端绝缘状态的有效手段,在列车实际运行环境中面临强干扰问题,为此文章提出了一种基于波形参数分析和模糊C均值聚类的车载电缆终端局放脉冲干扰分离策略。在实验室搭建了局部放电测试平台并采用高频电流法(HFCT)获取了电缆终端的局放信号和典型脉冲干扰信号,通过对脉冲单波进行包络处理,提取脉冲的3个参数作为特征向量,然后采用模糊C均值聚类方法对局放信号与脉冲干扰信号进行分离。试验结果表明,该方法能够有效地将局放信号与脉冲干扰信号分离,减小脉冲干扰信号对局部放电检测的影响,对提高局放手段评估车载电缆终端绝缘状态的准确性具有一定意义。

基于改进模糊C-均值聚类的陆上风电场集电线路回路划分与拓扑结构优化

【目的】在“双碳”目标以及我国能源结构加速转型的双重驱动下,风电产业规模不断快速增长,亟须降本增效以应对平价上网压力。集电线路的造价在投资中占比较大,存在可观的优化空间。为了降低投资成本,提出了一种改进模糊C-均值(fuzzy C-means,FCM)聚类算法。【方法】利用改进FCM聚类算法对陆上风电场集电线路回路进行划分。该算法综合考虑了方位角与欧式距离,以保障回路间线路不交叉,并使相邻机组聚集到同一回路;引入机位到聚类中心距离的修正因子,通过调节其数值限制回路容量。在回路划分的基础上,利用动态Prim算法对各回路进行集电线路优化选线。最后,通过某陆上风电场算例验证方法的有效性。【结果】与只考虑方位角的聚类方法相比,考虑方位角和间距的改进FCM算法优化效果更好,单回、双回连接对应的集电线路总造价分别降低了2.6%和5.4%。【结论】所提算法能够有效降低集电线路的总造价,具有一定的应用价值,可为风电场集电线路设计提供参考。

基于模糊C均值聚类的电动尾门防夹算法研究

针对汽车电动尾门在关闭过程中由于机构运行阻力而引起的误防夹问题,研究常规防夹控制中发生误防夹动作机理,提出了基于模糊C均值聚类的电动尾门防夹控制算法。搭建基于模糊C均值聚类的防夹算法模型,采集多组正常关闭过程中尾门电机输出脉冲宽度数据进行模糊C均值聚类,提取脉冲宽度特征矩阵,与测试数据进行夹紧力评估,将评估的夹紧力和防夹阈值比较判断是否触发防夹。实验结果表明,该算法能够实现尾门防夹判断,有效减少由于机构运行阻力的影响而产生的误防夹现象,且防夹力小于100 N。

基于放电曲线和模糊C均值法的退役电池一致性分选方法

在电动汽车井喷式增长的背景下,巨量退役的动力电池如何回收成为当前电动汽车行业亟待解决的问题。考虑到退役电池容量、内阻等性能会出现较大的不一致性,在对退役电池梯次利用前,有必要根据其性能状况进行一致性分选,以实现退役电池的经济效益和利用率最大化。提出了一种基于放电曲线和改进模糊C均值算法的退役电池一致性分选方法。该方法以退役电池单体为研究对象,借助1 C充放电实验选取放电曲线,进行特征参数提取;在此基础上,结合改进的模糊C均值算法构建退役电池高精度分选模型,基于简化的特征点提取过程,在不同容量梯度的退役电池下对分选方法的可行性进行了验证。

基于空间信息的鲁棒模糊C均值聚类的苗族服饰图像分割算法

针对苗族服饰图像中破损污渍、折叠痕迹、色彩差异大和噪声破坏等现象所导致的传统模糊C均值聚类(Fuzzy C-means,FCM)算法分割质量不佳问题,提出了基于空间信息鲁棒FCM算法,用于苗族服饰图像分割。通过均值滤波和中值滤波处理空间邻域信息,对应获得2种方法,并用一个加权参数调节模糊隶属度的稀疏性,旨在加强细节的提取和提高算法对噪声的鲁棒性。实验表明,对于被高斯噪声破坏的图像,基于均值滤波处理的改进算法,其划分系数提高约3.6%,划分熵降低约5.6%;对于被椒盐噪声破坏的图像,基于中值滤波处理的空间约束项的改进算法,划分系数提高约2.7%,划分熵降低约4.3%。该算法提高了对这类苗族服饰图像分割的质量,对于传统文化的传承具有非凡的意义。

基于改进犹豫模糊C-均值的图像分割

犹豫模糊C-均值(hesitant fuzzy C-means,HFCM)聚类算法在一定程度上处理了图像中不同像素块之间的不确定性,但由于其目标函数中不包含任何局部空间信息,因此对噪声比较敏感,当噪声较大时无法获得较好的分割精度.针对上述问题,提出了一种改进犹豫模糊C-均值(improved hesitant fuzzy C-means,IHFCM)的图像分割方法.首先给出了犹豫模糊元(hesitant fuzzy element)的补齐方法,然后提出了犹豫模糊元之间的相似性度量,利用犹豫模糊元之间的相似性度量构造了新颖的模糊因子融合到HFCM的目标函数中,新的模糊因子不仅考虑了局部窗口中的空间信息而且考虑了像素间的相似性,平衡噪声带来的影响且保留了图像细节.最后,在合成图像、BSDS500数据集图像以及自然图像上的分割实验结果表明,所提出的IHFCM算法对噪声有良好的鲁棒性,提升了分割精度.

基于空间模糊C均值算法的MRI图像分割

针对传统模糊c均值聚类(FCM)算法对磁共振成像(MRI)图像分割效果不佳的缺点,提出一种基于空间模糊C均值(SpFCM)算法的MRI图像分割新方法。通过定义概率函数设计以每个像素邻域空间信息为中心的方形邻域窗口,将空间信息转化为新的隶属度函数,为每个像素生成局部隶属度值。通过构建加权联合隶属度函数,利用局部和全局隶属度值来计算最终的隶属度值和聚类中心,有效地解决了MRI图像分割对噪声和强度非均匀性(IIH)的敏感问题。实验结果表明,SpFCM算法在抑制噪声、聚类有效性函数和组织分割精度方面具有较好的性能。

基于截断技术的鲁棒模糊C均值聚类

[目的]直接利用模糊C均值(FCM)对原始数据进行聚类,容易导致聚类结果受到噪声和离群点的影响,但通常利用松弛技术对样本点模糊隶属度或空间位置关系进行松弛的解决方法只能降低,而无法完全剔除噪声和离群点的影响.为了解决这个问题,提出了基于截断技术的鲁棒模糊C均值(TRFCM)聚类算法.[方法]基于模糊局部信息C均值(FLICM)聚类模型,通过引入截断技术,提出TRFCM算法.该算法的主要思路为:(1)利用FLICM,在学习数据聚类结构的同时保留样本点的局部邻域结构;(2)基于FLICM的聚类结果动态调整原始数据,使其满足期望的聚类结构;(3)将聚类结构特征学习与原始数据的调整(即截断掉部分样本点),统一在一个优化框架中,从而实现组合最优化.将TRFCM算法与近年来相关算法进行比较以检验TRFCM的参数敏感性、收敛性、鲁棒性、时效性等性能.[结果]实验包括5个部分:参数敏感性与收敛性分析、鲁棒性检验、图像分割实验、Benchmark数据集实验和各算法计算时间对比实验.在参数敏感性和收敛性分析中,TRFCM算法在合适的范围内对参数不敏感且在大多数情况下可以获得良好的聚类效果.同时,算法对各数据集的聚类均可以在20轮迭代内收敛.在鲁棒性检验中,TRFCM的准确率是81.55%,较FLICM高出9.71个百分点,聚类结果更接近于真实数据分布,这证明了TRFCM对噪声具有良好的鲁棒性.在图像分割实验中,各对比算法对图像的划分在一定程度上都不够准确,部分算法出现了环境划分不完整、不同的部分错分到相同类中、不同的类之间发生重叠等问题.而TRFCM均规避了这些问题,取得了良好的聚类结果.在添加了均值为0、方差为0.05的高斯噪声的图像分割实验中,TRFCM算法对噪声干扰的抑制效果最优.在Benchmark数据集上,对Banknote Authentication、Wine、COIL20、WarpPIE10P、Yale和USPS数据集进行聚类分析,TRFCM在ACC、NMI与purity三种评价指标上都取得了优于其它对比算法的得分.在算法时效性的实验中,在相近的时间内,相较对比算法TRFCM能够获得更好的聚类效果.[结论]将截断技术引入到模糊聚类算法中,可实现对原始数据的动态调整,剔除噪声和离群点对聚类过程的干扰,从而保留更多对聚类有利的数据细节.基于该思路,利用截断技术以相似的方式对以往其他经典的模糊聚类模型进行改进,可以得到一系列的优化算法,为未来的研究提供新的方向.

基于自适应近邻信息的模糊C均值聚类算法

传统的模糊C均值算法直接基于原始数据进行聚类,数据的内在结构可能会被噪声、异常值或其他因素破坏,因此聚类性能会受到影响。为提升FCM算法的鲁棒性,提出了一种基于自适应近邻信息的模糊C均值聚类算法。近邻信息指的是一种基于数据点之间相似度的度量,每个数据点都可以看作其他数据点的近邻,但是不同数据点之间的相似度是不同的。将样本点的近邻信息GX和类中心点的近邻信息GV融入基础FCM模型中,为聚类过程提供更多的数据结构信息,用于指导聚类算法中的簇划分过程,以提升算法的稳定性,并提出了3个迭代算法求解本文提出的聚类模型。与其他先进聚类算法对比,在部分基准数据集上聚类性能有10%以上的提升,同时还从参数敏感性、收敛性、消融实验等方面对算法进行评价。实验结果可以充分显示本文提出的聚类算法的可行性与有效性。

基于CS与模糊均值的电力客户画像模型研究

本文基于CS算法和模糊均值算法,研究了电力信息化客户画像模型,旨在提高电力企业对客户的了解和服务水平。本文收集了客户的个人信息和消费行为数据,利用CS算法进行特征选择和数据降维,并运用模糊均值算法进行聚类分析,最终得出客户的画像结果。试验结果表明,该模型能够对客户进行准确分类和描述,为电力企业提供精准的市场营销和服务决策支持。

引导模糊C均值聚类算法在联合反演综合解释中的应用

不同地球物理方法的反演结果常常存在差异,根据不同方法的联合反演结果得到最终合理解释是了解地下结构的关键。为此,提出了一种引导式模糊C均值(FCM)聚类算法,即在FCM聚类算法的基础上,结合现有地质认识,引入先验约束信息指导聚类中心的确定,对地球物理联合反演结果进行综合定量解释,旨在降低传统人工解释的主观性和局限性。模型测试表明,与传统FCM聚类技术相比,引导FCM聚类技术效果更好,特别是处理复杂地质结构的反演数据时,能够有效地区分不同地质体。实际数据的应用结果证明了引导FCM聚类技术在多属性地球物理联合反演结果综合解释中的应用潜力较大。该技术不仅提升了地球物理数据解释的科学性,而且为地下资源勘探提供了一个更可靠和精确的工具。

基于耦合空间模糊C均值聚类和推土机距离的变化检测

在遥感影像变化检测领域中,当遥感影像受椒盐、高斯和混合噪声污染时,变化检测精度往往无法得到保证。虽然基于空间模糊C均值聚类的有监督变化检测算法能有效实现抗噪声变化检测,但是其人工训练成本和时间成本过高,在实时场景中无法大规模应用。对此,文章将5种空间模糊C均值算法分别与推土机距离(earth mover’s distance, EMD)耦合,实现了5种具有较好抗噪声能力的无监督遥感变化检测算法,能够保证噪声污染下的实时变化检测精度。实验证明,与最近提出的KPCAMNet和GMCD无监督变化检测算法相比,所提出算法能更好地处理受椒盐、高斯和混合噪声污染的遥感影像,具有一定的应用价值。

基于快速鲁棒模糊C有序均值聚类的苗族服饰图像分割算法

苗族服饰图像具有绣线纹理复杂、色彩形状多样等特征,针对模糊C有序均值(Fuzzy C-Ordered-Means,FCOM)聚类算法在进行苗族服饰图像分割时,存在耗时长、分割效果不理想的问题,提出了一种快速鲁棒模糊C有序均值聚类算法。在FCOM算法基础上加入了竞争学习的思想,通过构造新的隶属度约束函数,对像素点进行更加强制清晰的划分,提高图像像素定位的准确性,从而加快算法的收敛速度。结果表明,本文算法在图像分割过程中能有效地降低异常值的影响,获得更加准确的分割结果。该算法在Jaccard相似系数、分割精度、Dice相似系数、模糊划分系数及模糊划分熵等性能方面均优于其他几种模糊C均值(Fuzzy C-Means,FCM)算法,且分割时间与迭代次数也优于FCOM算法。

基于模糊C均值聚类的空—地—井垂直重力梯度数据反演方法

通过重力梯度数据三维反演能够获得地下密度结构模型,用于地质资源勘探等领域。航空、地面和井中观测的重力梯度数据含有不同频率的信息,通过数据联合可以降低反演多解性,提高成像分辨率。对于具有复杂形态的地下异常体,目前这种多尺度数据联合反演的纵向空间分辨率,尤其是异常体底部的成像分辨率有待提升。针对该问题,开展了航空—地面—井中垂直重力梯度数据的联合反演方法研究。首先,在正则化反演中引入模糊C均值聚类算法,通过在迭代过程中加入聚类约束降低多解性;其次,联合航空、地面和井中垂直重力梯度数据,提出一种联合反演方法,并使用GPU加速计算;然后,将反演应用于理论模型数据与美国文顿盐丘地区重力梯度数据,验证方法的效果,并讨论了井位置对结果的影响;最后,对基于GPU加速的并行反演方法进行性能分析。数据试验证明了模糊C均值聚类算法能够降低反演的多解性,通过联合反演能够获得准确的密度分布,该方法具有一定的抗噪能力;使用异常旁井和穿异常井数据的成像分辨率更高。计算的文顿盐丘地区密度分布与其他学者的结论相近,证明了方法是有效且可行的。试验还表明,GPU并行方法具有较高的加速比,提出的方法能够为地质找矿等研究提供技术支撑。

基于模糊C-均值聚类算法的动态等值研究

近年来,随着特高压交直流输电线路的不断建立,需要准确地模拟交直流大电网故障期间的暂态特性已十分困难。电磁暂态仿真计算结果较为准确,但计算量太大,因此需要在计算前对被仿真网络进行动态等值。本文首先介绍了模糊C-均值聚类算法(FCM)及基于物理等效的动态等值计算方法;然后,提出了基于模糊C-均值聚类算法的动态等值计算方法及其流程图。最后,对某区域进行FCM机组分群,并进行动态等值计算,结果表明,采用基于FCM的动态等值方法,等值前后的动态特性基本一致,该方法具有良好的实用性。

基于高斯核函数的差分隐私模糊C均值聚类算法的构建与应用

目的:提出一种基于高斯核函数的差分隐私模糊C均值聚类算法(DPFCM_GF),旨在优化大数据背景下医疗数据分析和挖掘带来的数据隐私安全问题,为数据隐私保护提供理论基础。方法:针对随机初始化模糊C-均值隶属度矩阵降低算法精度问题,采用最大距离法确定初始中心点,使用聚类中心点的高斯值计算隐私预算分配比率,并添加拉普拉斯噪声以完成差分隐私保护,构建DPFCM_GF。收集整理美国加州大学欧文分校机器学习存储库的心脏病、乳腺癌、甲状腺疾病及糖尿病公开数据集对DPFCM_GF有效性进行验证,收集2019年1月1日至2022年12月31日淮安市第二人民医院收治的756例胃癌和肺癌患者病例数据集,对DPFCM_GF的可用性进行验证,并将分析结果与模糊C均值聚类算法(FCM)以及差分隐私模糊C均值聚类算法(DPFCM)进行对比分析。结果:对于心脏病、乳腺癌、甲状腺疾病及糖尿病公开数据集,DPFCM_GF和DPFCM的最优聚类效果与FCM聚类效果相当;相较于DPFCM,DPFCM_GF迭代时间更快,聚集速度显著,差异有统计学意义(t=4.01、4.71、4.01、12.38,P<0.05)。对于肺癌和胃癌数据集,随着隐私预算ε的增大,DPFCM_GF正确识别率逐渐聚集于91.9%和93.9%,受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)值分别为0.79和0.81;当隐私函数ε为0.1、0.5、1和2(ε<3)时,DPFCM_GF聚类效果显著优于DPFCM,且聚类效果更佳,差异有统计学意义(χ^(2)=12.25、87.12、68.58、7.76,P<0.05;χ^(2)=4.74、43.51、42.47、4.89,P<0.05)。结论:DPFCM_GF是一种有效保护医疗数据隐私的方法,同时也可进行数据分析和挖掘任务,具有一定的研究意义和研究前景。