联机核模糊C均值聚类方法

基于核模糊C均值(kernel fuzzy C-means,KFCM)提出了一种针对较大规模数据的联机核模糊C均值(online kernel fuzzy C-means,OKFCM)算法,同时考虑到核参数的选择困境,借鉴多核学习思想,进一步衍生出了联机多核模糊C均值(online multiple kernel fuzzy C-means,OMKFCM)算法。由此,在有效缓和核参数选择难题的同时,新算法不仅继承了KFCM优越的聚类特性且适合聚类数据流。最后,在人工和真实数据集上验证了新提出的核联机算法比现有基于划分的大规模数据处理算法具有更好的性能。

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。

变分模态分解消噪与核模糊C均值聚类相结合的滚动轴承故障识别方法

提出了一种变分模态分解消噪与核模糊C均值聚类相结合的滚动轴承故障识别方法。首先,对实测振动信号进行处理,得到VMD的参数;然后,对信号进行VMD分解,得到一系列限带内禀模态函数(BIMF)分量,筛选并叠加组成重构信号;第三步,计算重构信号的样本熵和均方根值作为特征向量,从而得到训练样本和测试样本的特征向量集;第四步,通过KFCM聚类方法对训练样本特征向量集进行聚类分析,得到四种类型信号的聚类中心;最后根据测试样本特征向量与训练样本聚类中心欧式距离最小的原则识别故障类型。此外,将振动信号用经验模态分解(EMD)方法进行消噪,再用KFCM聚类进行分类识别,将两种方法的识别效果进行对比,结果表明所提方法的故障识别效果要优于EMD消噪和KFCM聚类相结合方法的识别效果。

基于核模糊C均值指纹库管理的WIFI室内定位方法

针对目前已有的基于指纹的WIFI室内定位指纹库的管理方法对野值和噪声的敏感性,提出一种基于核模糊C均值聚类的指纹库管理的室内定位方法.利用核函数将指纹库从低维空间映射到高维空间并结合模糊聚类方法在高维空间进行指纹库管理,并在管理后的指纹库上进行定位匹配.将指纹库映射到高维空间可以使指纹库中的数据线性可分,从而实现更好的聚类.核模糊C均值(KFCM-Ⅱ)的聚类鲁棒性能够降低聚类对噪声和野值的敏感性,从而保证系统的鲁棒性.在实测数据的实验中,将所提出的方法与基于K均值聚类和基于模糊C均值聚类的室内定位方法进行对比,实验结果表明,所提出的方法相较于K均值方法和模糊C均值方法聚类准确度分别提高了14.20%和10.58%,定位精度分别提高了26.98%和20.43%.

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。

基于核模糊C均值的异常检测方法

探索聚类方法在异常检测中的应用,提出了一种基于核的模糊C均值的异常检测方法。该方法使用核的模糊C均值对网络数据进行聚类,并使用基于簇内距离的判断规则对聚类结果进行标定,从而识别出攻击。使用KDDCUP1999数据集进行实验,结果表明本文表现出了高检测率和低误报率的良好性能。

基于高斯核模糊C均值聚类的光伏阵列故障诊断方法

光伏阵列故障诊断过程中传统的故障特征量难以区分特征相似的单故障和多重故障情况,而实际诊断中外场实验采集到的数据也含有较强的噪声,从而导致故障诊断准确率下降。针对这一问题,提出由一个新的特征向量对不同故障进行表征,该特征向量包含:归一化电压V_(norm)、归一化电流I_(norm)、填充因子FF共3个特征量,并利用这3个特征量采用高斯核模糊C均值聚类(GKFCM)方法对光伏阵列中8种故障进行故障识别的方法。这3种故障特征量的结合可有效减少外界气象条件对故障识别的影响;由于GKFCM对复杂数据集具有良好的聚类性能,在复杂环境下不同故障类的识别过程中可有效提高识别准确率。该算法分为训练和测试阶段,在训练阶段对训练集中故障数据利用3个特征量构成的特征向量进行表征并聚类获取类心,在故障识别阶段新故障数据利用同样的方法获得聚类类心并与训练阶段获得的各类故障类心进行相似度计算,从而实现故障分类和新故障的识别。该方法不仅可诊断单故障情况,也可识别多重故障情况,具有较强的抗干扰能力。最后通过仿真及实验证明该方法可有效诊断光伏阵列中的常见故障。

基于相位一致和核模糊C均值的眼底血管分割

为提取反映心脑血管疾病的眼底视网膜血管,提出一种结合相位一致性和核模糊C均值的分割算法。利用基于Log Gabor小波的相位一致性算法在频域做血管边缘检测,利用核模糊C均值聚类检测结果,去噪声并二值化得到血管图像。基于STARE数据库的实验结果表明,以专家手工分割结果为参考标准,使用该算法的平均分割正确率高达92.65%。

基于多核模糊C均值聚类的配电网短期负荷预测

精准、高效的短期负荷预测是电力系统运行与调度的基础,负荷-气象因素的强耦合关系使得负荷预测过程中必须考虑气象因素。首先从影响电力负荷波动的气象因素出发,分析负荷样本数据的气象因素相关性,通过构造多核模糊C均值聚类函数实现负荷、气象数据的低维非线性至高维线性空间映射,完成基于负荷影响因素的聚类划分,获得强相关气象因素。接着,在传统LSTM(长短期记忆)神经网络中引入反馈环节,融合前向和反向计算机制消除LSTM训练过程的累计误差,构建基于深度学习的多层堆叠模式并应用于负荷预测中。然后,以历史负荷数据的聚类结果为训练样本,深度挖掘负荷-气象因素的耦合特征,从而提高负荷预测精度。最后,通过实际运行数据验证提出方法的合理性和准确性。

核模糊C均值聚类算法优选BDS-3三频组合观测值

目前对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)三频组合观测值优选的研究,主要集中在全球定位系统(global positioning system,GPS)和北斗二号(beidou navigation satellite system,BDS-2)上,对BDS-3的研究相对较少。为克服以往聚类优选算法中存在的仅适用于类球形簇、聚类数目和初始聚类中心的确定主观性强、对离群点敏感、易陷于局部最优等不足,提出一种改进的核模糊C均值聚类算法,引入核函数与抑制离群点的新距离度量,基于多类广义核极化准则优化核参数,用改进爬山法确定聚类数目与初始聚类中心。然后,以模糊C均值聚类算法为对照进行了对比实验,在短、长两种基线下分别解算组合模糊度。通过对优选所得代表性组合的模糊度固定成功率进行对比分析,验证了该算法的可行性与算法改进的有效性。

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。

基于核主元约简与半监督核模糊聚类的车辆行驶工况判别

为有效利用汽车行驶工况中与类别属性间的统计特征,提高汽车行驶工况判别的准确性与快速性,首先选择车速和踏板信号的数据信息构建特征集,利用相关性分析和核主元分析对特征集中能敏感反映工况类别的特征数据信息进行二次特征提取,按累计贡献率大于90%的标准进行主要特征量的选择,实现输入变量的二次约简;利用小波核函数的非线性映射能力构建半监督核模糊C均值聚类方法进行车辆行驶工况的判别。通过长春某混合动力公交车试验结果表明,该方法更全面准确地反映了工况特性,有效降低了输入特征参数的维数,更加准确有效地提取了不同工况条件下汽车行驶状态的数据特征,通过半监督核模糊C均值聚类算法中加入少量的训练样本来引导聚类过程,聚类精度可达到98.75%。

利用核模糊聚类和正则化的图像稀疏去噪

针对目前图像去噪方法噪音抑制不彻底、容易模糊细节等问题,提出了一种利用核模糊C均值聚类和正则化的图像稀疏去噪方法.该方法首先将图像分成大小相同的若干块,并采用核模糊C均值聚类算法对相似的图像块进行聚类,从而保证同一类图像块共享相同的稀疏去噪模型;然后,选择由经典图像库中图像训练而得的全局字典作为初始字典,很好地适应图像的多种特征;接着,对于同一类图像块,通过施加1/2范数正则化约束,实现该类图像块在字典下的稀疏分解,确保分解系数更为稀疏;最后,通过改进的K-奇异值分解算法完成字典的更新,并选择与原稀疏模型差异最大的图像块来替换更新字典的冗余原子,从而有效地去除图像噪音.实验结果表明,与小波扩散去噪法、固定字典去噪法、最优方向去噪法、K-奇异值分解去噪法相比,该方法能更有效地去除图像噪音,保留图像细节,改善图像视觉效果.

基于核模糊聚类的变分水平集医学图像分割

针对李春明提出的"无需重新初始化的变分水平集分割模型"存在对内部像素灰度值相近、边缘分离性差、图像分割效果不理想等问题,提出了一种改进的基于核模糊聚类的变分水平集医学图像分割方法.将原始图像进行核模糊C均值聚类处理得到聚类图像,并将其引入初始水平集函数中.然后将改进的边缘指示函数代入李模型中,实现最终的图像分割.通过对人体脑部、肩部MR医学图像进行试验,并采用最大香农熵进行客观评价.结果表明所提出方法的最大香农熵的值在一定程度上大于李模型方法,且运行时间和迭代次数都有所减少,证明了新方法具有良好的分割质量、适应性强,且无需重新初始化.

基于改进人工蜂群的核模糊聚类算法

针对核模糊C均值(KFCM)算法对初始聚类中心敏感、易陷入局部最优的问题,利用人工蜂群(ABC)算法的构架简单、全局收敛速度快的优势,提出了一种改进的人工蜂群算法(IABC)与KFCM迭代相结合的聚类算法。首先,以IABC求得最优解作为KFCM算法的初始聚类中心,IABC在迭代过程中将与当前维度最优解的差值的变化率作为权值,对雇佣蜂的搜索行为进行改进,平衡人工蜂群算法的全局搜索与局部开采能力;其次,以类内距离和类间距离为基础,构造出适应KFCM算法的适应度函数,利用KFCM算法优化聚类中心;最后,IABC和KFCM算法交替执行,实现最佳聚类效果。采用3组Benchmark测试函数6组UCI标准数据集进行仿真实验,实验结果表明,与基于改进人工蜂群的广义模糊聚类(IABC-KGFCM)相比,IABC-KFCM对数据集的聚类有效性指标提高1到4个百分点,具有鲁棒性强和聚类精度高的优势。

基于谱估计与核模糊聚类的往复压缩机轴承故障评估方法

针对往复机轴承性能衰退评估中模型适应性和指标量化困难等问题,提出一种基于奇异谱分布与核模糊C均值聚类算法(KFCM)的性能衰退评估方法。利用变分模态分解(VMD)算法提取并优选主模态多重分形奇异谱(MSS)构成谱形态参量,经奇异值分解降噪处理,建立KFCM与二叉树支持向量机相结合的评估模型,并给出完整的轴承性能衰退评估流程;进行压缩机轴承磨损故障模拟及算法对比分析。结果表明:该方法能有效评定滑动轴承磨损故障性能衰退程度。

改进的并行模糊核聚类算法在电力负荷预测的应用

用户用电典型模式的分类预测是电力负荷预测的重要组成部分。针对单核模糊C均值算法在电力大数据挖掘中不能兼顾预测精度和普适性能好的问题,提出了一种电力短期负荷场景中改进的无监督学习多核模糊C均值聚类算法,建立了双层神经网络的电力数据负荷预测模型对比该改进的算法对电力负荷预测效果的影响。用户数据由MapReduce并行化处理加速。数值实验结果表明:改进的算法在实际电力用户数据集中,具有广泛的适用性和有效性,同时能显著提高电力短期负荷预测的精度。

模糊隶属度加权的KFCM脑MRI的组织分割方法

医学图像受成像机制的影响不可避免地会引入噪声.为解决传统医学图像分割算法对噪声敏感的问题,提出一种模糊隶属度加权的KFCM分割方法.该方法在传统KFCM算法基础上引入局部空间信息,定义了局部隶属度函数,并结合传统KFCM算法得到的全局隶属度函数构造加权隶属度函数,为每个像素计算隶属度值;进一步地,结合邻域信息,使用迭代聚合方法为每个像素重新分配隶属度值.选取Simulated Brain Database数据集,对加入不同噪声的图像进行实验的结果表明,该方法在保证对噪声鲁棒的同时,能够提高分割精度.

基于KFCM和改进CV模型的海面溢油SAR图像分割

图像分割是合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像海面溢油检测的关键步骤之一,将核模糊C均值(kernel fuzzy C-means,KFCM)聚类方法及Chan-Vese(CV)模型应用于海面溢油SAR图像分割,为了解决单一KFCM方法分割精度不够高,及传统CV模型对初始条件敏感和收敛速度低的问题,提出了一种基于KFCM和改进CV模型的海面溢油SAR图像分割方法。首先利用KFCM算法将海面溢油SAR图像从原始样本空间映射到高维特征空间,得到聚类结果;然后将其作为CV模型的初始条件,以降低CV模型对初始条件的敏感性,并利用图像边缘强度取代传统CV模型中的Dirac函数,以提高模型的收敛速度和对不同SAR图像的适应性。大量实验结果表明,所提出的基于KFCM和改进CV模型的海面溢油SAR图像分割方法具有分割精度高、运算速度快的优点。

基于KFCM和改进分水岭算法的猪肉背最长肌分割技术

提出一种利用核模糊C均值聚类(KFCM)和改进分水岭算法分割猪肉眼肌切面图像中背最长肌区域的方法。该算法对经中值滤波去噪后图像的R分量利用最大方差自适应阈值(OTSU)去除背景,再采用KFCM提取出肌肉组织,然后进行空洞填充,最后由改进的分水岭算法分割出背最长肌区域。利用该算法对采集的60幅猪肉眼肌图像进行处理,分割正确率为86.67%;与传统的形态学算法相比,该算法能真实、完整地恢复出背最长肌区域。结果表明:该算法能有效地分割出猪肉眼肌图像中的背最长肌区域,与改进前分水岭算法相比,能避免背最长肌区域出现欠分割。