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。

融合模糊聚类和自适应去噪的推荐遗忘学习算法

隐私保护在推荐系统中具有至关重要的地位,因为它有助于保护用户的敏感信息免受泄露风险。近年来,推荐遗忘学习作为一种有效的隐私保护手段引起了越来越多的关注。现有方法为了提高模型的训练效率,通常将数据划分为子分区进行训练。然而,简单划分子分区会破坏用户-项目间的完整性,降低数据的可用性。此外,子分区中隐式反馈的假阳性噪声会干扰模型的训练,使其无法准确地捕捉用户的真实偏好。为解决上述问题,提出了融合模糊聚类和自适应去噪的推荐遗忘学习算法(FDRU)。该算法使用模糊聚类来划分数据集,通过计算交互样本到各个聚类中心的余弦距离来确定隶属度,进而将训练集划分为若干个子分区。FDRU设计了一种自适应去噪方法,其能够根据阈值动态地剔除子分区中的假阳性噪声。通过动态权重聚合子模型进行预测和Top-N推荐。为了验证提出算法的性能,在三个公开数据集上进行实验验证,实验结果表明,提出的算法在召回率和归一化折损累计增益上优于其他基准算法。

基于模糊聚类的沂水雪茄烟种植生态适应性评价

通过生态适应性评价筛选适合雪茄烟种植生产的区域,是提升雪茄原料产量与质量、促进雪茄产业发展的前提。以山东沂水雪茄庄园为例,运用生育期平均气温、昼夜气温差、生育期≥10℃活动积温、生育期相对湿度、生育期降雨量以及生育期日均日照时数等雪茄种植生产的重要气候指标,对哈瓦那、比那尔得里奥、什邡等11个国内外优质雪茄烟区进行模糊聚类并通过隶属度函数求得各地区相应的CFI值。模糊聚类结果表明,可将11个区域划分为4类,其中沂水气候条件与哈瓦那、比那尔得里奥、什邡、多米尼加、巴伊亚州等国内外优质雪茄种植地区相似,它们的气候适宜性指数CFI值依次为沂水(0.931)、哈瓦那(0.963)、比那尔德里奥(0.956)、什邡(0.944)、多米尼加(0.932)、巴伊亚州(0.892),尤其沂水与多米尼加的CFI指数最为相近。由此得出,沂水雪茄庄园具有种植优质雪茄烟的生态气候条件。

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。

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。

基于模糊C均值聚类算法的浆液循环泵节能运行优化方法研究

在浆液循环泵运行阶段,受客观应用需求波动的影响,其功耗相对较高。为此,提出基于模糊C均值聚类算法的浆液循环泵节能运行优化方法。在浆液循环泵运行数据特征提取阶段,采用基于无监督的深度学习模型,借助随机初始化的卷积核,对输入的数据进行卷积计算,获取低维空间的特征映射,随后通过反卷积确定浆液循环泵运行参数特征;在节能运行优化阶段,引入模糊C均值聚类算法,通过聚类具有相同特征的数据,将相同聚类内功耗最小的参数作为同类运行工况下的优化结果。结果显示,测试循环泵的功耗虽然会随着通过的最大颗粒粒度的增加而呈稳定增大的趋势,但对应的增幅较小,与对照组相比,其分别在节能程度和节能适应性方面表现出了明显优势。

基于超像素快速模糊聚类的印刷品图像分割方法

针对当前彩色印刷品色差检测过程中效率低、复杂性高等问题,提出了一种基于超像素快速模糊聚类的印刷品图像分割方法(SFFCM)。先用简单线性迭代聚类(SLIC)算法将图像分割为紧密相邻的超像素区域。每个超像素区域被视为一个独立的聚类单元。随后,将模糊C均值聚类(FCM)算法应用于超像素的归属关系计算中,即引入隶属度值,允许超像素归属于多个聚类中心,并通过权衡归属度值来实现模糊聚类。实验结果表明,相对于其他算法,本文方法在保持良好实时性的同时,实现了较好的分割效果,有效平衡了算法复杂度与分割效果之间的关系。

基于航迹数据的改进DBSCAN聚类算法研究

为研究模拟训练航迹数据聚类,针对基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)算法参数选取不精准、聚类准确度不高的问题,提出一种改进的DBSCAN聚类算法.首先,通过KNN算法计算邻域半径并得到用于DBSCAN聚类的初始化核心数据对象,实现粗聚类;其次,根据数据对象的特点,加入航向特征进行二次聚类,既解决了DBSCAN算法随机初始化核心点和参数选取难的问题,又加入能够反映数据方向的特征;最后,进行了仿真实验.实验结果表明,改进DBSCAN算法比传统DBSCAN算法具有更好的聚类效果.

基于离群点检测和自适应参数的三支DBSCAN算法

针对经典的DBSCAN算法存在难以确定全局最优参数和误判离群点的问题,该算法首先从选择最优参数角度出发,通过数据集的分布特征生成Eps和MinPts列表,将两个列表中的参数进行全组合操作,把不同的参数组合依次进行聚类,从而寻找准确率最高点对应的参数。最后从离群点角度出发,将三支决策思想与离群点检测LOF算法进行结合。该算法与多种聚类算法进行效果对比分析,结果表明该算法能够全自动化选择全局最优参数,并提高聚类算法的准确性。

激励下齿轮-转子系统故障模糊C聚类诊断

为了提高激励下齿轮-转子系统故障效率,采用模糊C聚类(FCM算法)算法对其进行特征处理。搭建齿轮-转子系统故障诊断试验,进行空载和扭矩为6N·m两种工况测试,从动轮上方箱体收集振动加速度信号。研究结果表明:应用改进EEMD分解后的仿真信号中提取的特征参数完成了FCM算法初始特征向量库的构建,验证了该方法方法对载荷激励下齿轮-转子系统故障诊断的有效性。搭建的齿轮-转子试验显示,改进EEMD和FCM结合完成叠加载荷激励作用下对齿轮-转子系统进行故障诊断的功能。综合运用改进EEMD和FCM方法可以满足齿轮-转子系统故障诊断的要求。该研究对提高机械传动领域运行稳定性,尤其是在激励作用下系统隐藏的故障危险的排出方面具有很好的实际价值。

基于相对熵改进模糊C均值聚类的溢流预警研究

钻井过程中溢流的早期发现非常重要,目前国内外基于人工智能的溢流预警模型普遍使用大量先验知识或训练数据,其准确性、实时性、可靠性完全受限于先验知识和训练数据,文章提出了基于相对熵改进模糊C均值聚类的溢流预警模型,采用相对熵理论改进模糊C均值聚类算法,克服传统模糊C均值聚类时聚类数目由用户主动给出的缺点,并结合溢流故障的发生与立压、套压的变化趋势具有相关性的特点,建立了早期溢流智能预警模型,实现对早期溢流的及时发现。通过对现场数据的仿真分析表明,该预警模型能够通过立压和套压的斜率变化及时准确地判断是否发生溢流。

面向模糊C均值算法的MAME聚类有效性指标

聚类有效性指标可用来评估聚类结果的有效性,并且帮助判别聚类的类别数。现有的面向模糊C均值算法的聚类有效性指标存在对于类内紧致性的刻画不太到位、对于类间分离性的度量刻画不够准确的问题。为此,基于类内紧致性和类间分离性两个角度着手设计,提出了一种新的模糊聚类有效性指标——考虑最大值和均值的指标(maximum-mean,MAME)。首先,考虑了整个数据集的综合特征,计算分别分为K类和1类的情况的比值,提出了一种新的模糊紧致性度量表达式。其次,引入最大聚类中心距离和平均聚类中心距离,提出了一种新的分离性度量方法。最后,从模糊紧致性度量表达式、分离性度量方法出发,提出了MAME指标。面向5个UCI数据集和6个人工数据集,和9个聚类有效性指标(包括CH、DB、NPC、PE、FSI、XBI、NPE、WLI和I指标)一起进行了对比实验,验证了所提指标的准确性、稳定性,说明了MAME指标的鲁棒性较好。

基于自适应邻域与聚类的非平衡数据特征选择

为了解决传统邻域粗糙集未考虑不平衡数据的类分布,多数邻域系统通过人工调试难以找到最佳邻域半径,以及聚类时指定簇的数目等问题,提出一种基于自适应邻域与聚类的非平衡数据特征选择方法。根据样本在各个特征下与其他样本距离的平均值来确定样本的自适应k近邻和共享近邻,定义自适应邻域密度并设计混合采样模型,构建平衡决策系统。基于特征分布定义新的邻域半径,使用高斯核函数研究邻域内样本之间的模糊相似关系,使用模糊邻域互信息度量特征间的相关性,基于此对特征进行聚类。基于模糊邻域互信息构造粒子群初始化策略,并引入动态位掩码策略与适合整数编码的差异性扰动算子,改进整型粒子群优化算法,实现从特征簇中选出代表性特征构成最终的特征子集。在19个非平衡数据集的实验结果表明所设计的算法有效地提高了非平衡数据的分类性能。

自适应引力密度峰值聚类优化算法

针对密度峰值聚类(Density Peak Clustering,DPC)算法对截断距离的取值较为敏感,密度度量标准不统一且人为选取聚类中心存在主观性的问题,提出了一种自适应引力密度峰值聚类优化(Optimized Adaptive Gravitational Density Peak Clustering Algorithm,OAGDPC)算法。首先采用模糊加权K-近邻技术(Fuzzy Weighted KNearest Neighbors Density Peak Clustering,FKNN-DPC)重新定义了局部密度,统一了密度度量的标准;然后提出一种自适应选择聚类中心的策略,结合基于引力的密度峰值(Gravitational Density Peak Clustering,GDPC)算法中牛顿万有引力定律与DPC算法的参数映射,使用引力类比距离,并设置综合考虑局部密度和引力的决策参数,依据决策参数降序折线图的顶角变化自适应确定聚类中心;最后聚集非中心点并识别异常点。实验选取DPC、GDPC、FKNN-DPC和OAGDPC在人工和UCI数据集上进行测试,结果表明,OAGDPC算法在各数据集上都有良好的表现,特别在聚类结果准确性、自适应能力、鲁棒性方面相对于对比算法具有明显优势。