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基于公理化模糊子集的改进谱聚类算法

赵小强 刘晓丽

邓云凯, 郑远, 胡英辉. 合成孔径雷达转发式干扰分析[J]. 电子与信息学报, 2010, 32(1): 69-74. doi: 10.3724/SP.J.1146.2008.01636
引用本文: 赵小强, 刘晓丽. 基于公理化模糊子集的改进谱聚类算法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(8): 1904-1910. doi: 10.11999/IEIT170904
Deng Yun-kai, Zheng Yuan, Hu Ying-hui. Analysis of Synthetic Aperture Radar Repeater Jamming[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2010, 32(1): 69-74. doi: 10.3724/SP.J.1146.2008.01636
Citation: Xiaoqiang ZHAO, Xiaoli LIU. An Improved Spectral Clustering Algorithm Based on Axiomatic Fuzzy Set[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(8): 1904-1910. doi: 10.11999/IEIT170904

基于公理化模糊子集的改进谱聚类算法

doi: 10.11999/IEIT170904
基金项目: 国家自然科学基金(61763029),甘肃省基础研究创新群体基金(1506RJIA031)
详细信息
    作者简介:

    赵小强:男,1969年生,博士生导师,教授,主要研究方向为数据挖掘、故障诊断、图像处理、污水处理、生产调度等

    刘晓丽:女,1992年生,硕士生,研究方向为数据挖掘

    通讯作者:

    赵小强   xqzhao@lut.cn

  • 中图分类号: TP181

An Improved Spectral Clustering Algorithm Based on Axiomatic Fuzzy Set

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61763029), The Gansu Province Basic Research Innovation Group Fund (1506RJIA031)
  • 摘要: 谱聚类算法通常是采用高斯核作为相似性度量,并利用所有可用的特征来构建具有欧氏距离的相似度矩阵,数据集复杂度会影响其谱聚类性能,因此该文提出一种基于公理化模糊子集(AFS)的改进谱聚类算法。首先结合AFS算法,利用识别特征来衡量更合适的数据成对相似性,生成更强大的亲合矩阵;再有效地利用Nyström采样算法,计算采样点间以及采样点和剩余点间的相似度矩阵去降低计算的复杂度;最后通过在不同数据集以及图像分割上进行实验,证明了提出算法的有效性。
  • 图  1  原图

    图  2  谱聚类算法分割结果

    图  3  本文算法分割结果

    表  1  数据集特征

    数据集 数据总数 类数 维数
    Iris 150 3 4
    Heart 270 2 13
    Sonar 208 2 60
    Wine 178 3 13
    Protein 552 8 77
    Hepatitis 155 2 19
    Segmentation 2310 7 19
    Pen digits 10992 10 16
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    表  2  数据集的CE(%)

    数据集 SC STSC AFS 本文算法
    Iris 10.71 7.46 9.72 7.63
    Heart 20.96 22.13 30.63 12.42
    Sonar 44.53 46.83 38.52 33.60
    Wine 2.92 2.91 3.54 3.13
    Protein 54.70 55.67 55.12 48.87
    Hepatitis 30.76 38.73 32.34 23.20
    Segmentation 22.08 21.35 31.17 18.63
    Pen digits 25.37 24.25 22.16
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    表  3  数据集的NMI(%)

    数据集 SC STSC AFS 本文算法
    Iris 75.87 78.63 78.06 85.49
    Heart 28.54 26.23 18.45 40.33
    Sonar 7.32 1.83 15.47 22.38
    Wine 89.30 89.34 85.67 87.96
    Protein 54.43 48.24 36.62 65.80
    Hepatitis 13.75 4.78 3.57 17.42
    Segmentation 65.58 66.72 58.56 72.24
    Pen digits 60.53 61.48 66.52
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    表  4  SAR图像分割性能对比表

    谱聚类算法 本文算法
    运行时间(S) 30.62 3.27
    误分率(%) 9.53 5.34
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    表  5  树图像分割性能对比表

    谱聚类算法 本文算法
    运行时间(S) 16.39 4.25
    误分率(%) 6.87 2.13
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    表  6  复杂度分析

    计算步骤 复杂度
    计算矩阵 A O(n2)
    计算矩阵 B O(n(Nn))
    若矩阵 A正定 A矩阵分解 O(n3)
    求解矩阵 p O(n2(Nn))
    矩阵分解 O(n3)
    求解矩阵 Y O(n2N)
    若矩阵 A非正定 求解矩阵 S O(n2N)
    对矩阵 {{S}对角分解 O(n3)
    求解矩阵 Y O(n2N)
    K-means算法进行聚类 O(nK2T)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-25
  • 修回日期:  2018-05-02
  • 网络出版日期:  2018-05-30
  • 刊出日期:  2018-08-01

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