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。

基于核函数的模糊C均值聚类算法

通过引入M ercer核,把输入空间的样本映射到高维特征空间,实现了对样本在特征空间的优化,使各类样本之间的差别增大,从而较好地实现了对差别微弱的样本类之间的聚类.仿真实验的结果证实了该方法的可行性和有效性.

优化核参数的模糊C均值聚类算法

核模糊C均值聚类算法(Kernel-based fuzzy C-means clustering method,KFCM)的性能受核参数的影响很大,然而实践中核参数的选择是极其困难的。为了解决这个问题,本文基于样本在高维空间中的类内距离近、而类间距离远这一思路,提出了一种优化核参数的模糊C均值算法(Parameter optimation-based KFCM,POKFCM)。该算法首先利用K均值方法对样本集进行初始聚类,再通过比较实际核函数矩阵与理想核函数矩阵的相似性距离来确定最优核参数,最后将优化的核参数应用于核模糊C均值聚类算法。在6组UCI数据集上进行对比实验,结果表明POKFCM能有效地改善KFCM的聚类性能。

一种核模糊C均值聚类算法及其应用

图像分割在许多医学成像应用中起着重要的作用。本文提出了一种新的用于图像分割的聚类算法。该算法通过利用核距离修改FCM-AWA算法中的目标函数而实现,即用核距离替代FCM-AWA中的欧氏距离,相应的得到核FCM-AWA聚类算法——KAWA-FCM聚类算法。利用该算法进行合成和真实图像分割的实验结果表明,当图像含有噪声时,与FCM-AWA算法相比,HAWA-FCM算法具有更好的性能。此外,基于该算法进行了牙菌斑量化的实验,实验结果表明,相对于利用菌斑指数的量化结果,基于KAWA-FCM的量化结果具有定量、自动和客观等特点。

核模糊C均值算法的聚类有效性研究

针对核模糊C均值聚类(Kernelized Fuzzy C-Means,KFCM)算法的有效性评价,以核非线性映射为工具,将原空间中的六个著名有效性指标推广到高维特征空间,得到其对应的核化形式,并通过数值比较实验考察这些核化指标的性能及其对高斯核宽度β和模糊指数m的敏感特性。结果表明,在所考察的指标中,著名的Xie-Beni指标VXB及其改进指标VK的核化版本具有最好的性能和可靠性,可优先作为KFCM聚类算法的有效性准则。

点密度函数加权模糊C-均值算法的聚类分析

基于模糊C-均值算法具有对数据集进行等划分趋势的缺陷,文章利用数据点的密度大小作为权值,借助数据本身的分布特性,提出了一种新的加权模糊C-均值算法,该方法不仅在一定程度上克服了模糊C-均值算法的缺陷,而且具有良好的收敛性。

基于模糊C均值聚类算法和贝叶斯判别函数研究深水油藏分类评价

针对目前深水油藏分类评价研究现状的不足,基于模糊C均值聚类算法和贝叶斯判别函数,建立了深水油藏指标选择标准和分类评价体系。优选世界三大深水油气区19例油田的特征属性参数作为典型样品集,采用模糊聚类分析对深水油藏进行了分类,在此基础上,应用贝叶斯判别决策理论,建立了深水油藏分类评价的定量判别关系,对未知类型的深水油藏进行了定量分类评价。实例结果表明,应用模糊C均值聚类算法和贝叶斯判别函数相结合进行深水油藏分类评价是有效的,该分类评价体系考虑的油藏参数更为全面,分类结果更为明显,对于深水油田的开发具有一定的指导意义。

基于密度函数加权的模糊C均值聚类算法研究

模糊聚类算法具有较强的实用性,但传统模糊C均值算法(FCM)具有对样本集进行等划分趋势的缺陷,没有考虑不同样本的实际分布对聚类效果的影响,当数据集中各样本密集程度相差较大时,聚类结果不是很理想。因此,提出一种基于密度函数加权的模糊C均值聚类算法(DFCM算法),该算法利用数据对象的密度函数作为每个数据点权值。实验结果表明,与传统的模糊C均值算法相比,DFCM算法具有较好的聚类效果。

基于核的模糊C均值聚类算法的收敛性定理

利用Zangwill收敛性定理,证明了基于核的模糊c均值聚类算法(KFCM)的收敛性.结果表明,当核函数在给定数据集上诱导的距离矩阵满足一定条件时,KFCM算法产生的迭代序列收敛或至少存在一个子序列收敛于KFCM聚类模型目标函数的局部极小值点或鞍点.

基于半监督核模糊c-均值算法的北京一号小卫星多光谱图像分类

针对遥感图像数据大多不服从高斯分布以及遥感图像分类存在非线性、模糊性和标记数据少等问题,提出基于半监督核模糊c-均值算法的多光谱遥感图像分类方法。首先,把半监督学习理论和核理论同时引入模糊c-均值算法,形成半监督核模糊c-均值算法。然后,用该算法与k-均值算法、最大似然算法、多类支持向量、半监督核支持向量、模糊c-均值算法、核模糊c-均值算法和半监督模糊c-均值算法对IRIS数据和北京一号小卫星多光谱图像进行分类试验。最后,对其分类结果进行评价。结果表明,对比其他分类算法,半监督核模糊c-均值算法能显著提高分类精度。

基于空间势函数加权的模糊C均值聚类分割算法

提出了一种基于空间势函数加权的FCM图像分割新算法。该方法将空间邻域的势函数信息融入到原始的FCM算法中,权重在该方法中起核心作用,它是根据最近邻(k-NN)算法的原则将势函数信息扩展到邻域像素中。算法中使用基于统计直方图的快速FCM算法进行初始化,收敛速度大大提高。实验结果表明了该方法的有效性及其对噪声的较强鲁棒性。

基于连续域混合蚁群优化的核模糊C-均值聚类算法研究

为进一步提高核模糊C-均值聚类算法的聚类性能,提出基于连续域混合蚁群优化的核模糊C-均值聚类算法(KFCM-HACO),使用HACO对KFCM算法的内核函数参数值和聚类中心进行优化,克服传统算法弊端,使核模糊C-均值聚类算法的目标函数最小化,加快算法的收敛速度.该优化算法在UCI数据集上的仿真实验及结果比较表明,KFCM-HACO算法的聚类性能优于传统的聚类算法,提高了聚类的准确性.

基于核模糊C均值的眼底视网膜血管分割算法

针对眼底视网膜图像对比度差、背景不一致的问题,提出了一种基于核模糊C均值的眼底视网膜血管分割算法。首先采用二维高斯匹配滤波预处理以增强血管,然后采用核模糊C均值算法对增强眼底图像进行分割,并根据血管与各类隶属度的关系自动合并聚类图像得到最终的血管图像。实验结果表明,该算法分割结果令人满意。

利用空间信息的核模糊C均值聚类算法

模糊聚类,特别是模糊C均值聚类算法(FCM)广泛地运用到图像的分割中。但是传统的算法未对数据对特征进行优化,亦未考虑图像的空间信息,对噪声图像分割不理想。在FCM目标函数中引入核函数,用内核引导距离代替传统的欧式距离,同时考虑到邻近象素的影响,增加了空间约束项,提出了利用空间信息的核FCM算法。通过对模拟图和仿真脑部MR图像的分割实验证明,该算法可以有效的分割含有噪声图像。

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。

粒子群高斯诱导核模糊C均值聚类算法

为了避免陷入梯度法局部极值以提升模糊聚类算法聚类性能,提出PSO高斯诱导核模糊C均值聚类算法(PSO Gauss-induced kernel fuzzy C-means clustering algorithm,PSO-GIKFCM)。首先将高斯核函数应用于模糊C聚类算法(FCM)目标函数,得到高斯核模糊聚类目标函数。然后在高斯核特征空间和输入空间利用梯度法得到两空间聚类中心,将特征空间聚类中心与样本的内积核矩阵代入输入空间聚类中心,从而得到高斯诱导核的聚类中心。最后在解空间利用粒子群算法(PSO)对模糊隶属度进行寻优估计,并结合目标函数和聚类中心构成PSO-GIKFCM参数估计迭代流程。PSO-GIKFCM算法基于粒子群算法保证其收敛性,聚类中心仅为模糊隶属度的函数,PSO生物进化算法在解空间全局寻找优解,且将模糊指标扩展为大于0的情况。通过仿真实验验证了所提出算法的有效性。

基于核函数距离测度的加权模糊C均值聚类与Markov空域约束的快速鲁棒图像分割

由于模糊 C 均值聚类算法(FCM)存在两大缺陷:(1)对于非球形的数据聚类形式鲁棒性不够;(2)只考虑图像中的数值特征信息,而忽略了像素间的空间约束关系,因此 FCM 算法在对含有噪声的图像进行分割时缺乏足够的鲁棒性。针对以上问题,本文提出了一种结合 Markov 空域约束与基于核函数距离测度的加权模糊 C 均值聚类的快速鲁棒图像分割方法。为克服缺点(1),我们使用基于核函数的距离测度取代 FCM 中的欧氏距离,并使用加权模糊聚类的方式保证了计算的简洁性。与此同时,我们用 Markov 随机场描述图像的空域约束信息,并且通过数据融合的方法将模糊分割结果与空域约束信息结合在一起,从而得到既包含像素数值特征又包括空域约束信息的图像分割场。这样既克服了传统模糊 C 均值聚类算法的缺点,又最大限度地保证了分割算法计算的简单有效性。

广义洛伦兹内核函数在模糊C均值聚类中的应用研究

模糊C均值(FCM)算法是数据聚类分析的主要算法。但在嘈杂环境下,对于抽样大小不一的聚类,数目越多准确性越低,上述弊端可通过替代性FCM(AFCM)的高斯内核映射来解决。鉴于AFCM的不足,提出了针对模糊C均值聚类的广义洛伦兹内核函数。利用该算法对鸢尾数据库进行聚类,将其划分成山鸢尾、变色鸢尾和维吉尼亚鸢尾3类。实验结果表明,广义洛伦兹模糊C均值(GLFCM)可实现对离群聚类和大小不等的聚类数据的分类,其结果优于K均值、FCM、替代性C均值(AFCM)、Gustafson-Kessel(GK)和Gath-Geva(GG)方法,收敛迭代次数比AFCM的更少,其分区索引(SC)效果也好于其他方法。

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。