基于层次聚类的网格模型自动分割方法

基于谱聚类的图像分割

本科生毕业设计姓名：学号：学院：计算机科学与技术学院专业：计算机科学与技术设计题目：基于谱聚类的图像分割专题：图像分割的设计与实现指导教师：职称：副教授

大学毕业设计任务书学院计算机专业年级学生姓名任务下达日期：毕业设计日期：毕业设计题目：毕业设计专题题目毕业设计主要内容和要求：院长签章：指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日

中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

需求分析一、利用前台，得到一张原始JPG图片；二、把这张图片传到后台，JAVA通过JRI调用R；三、利用R调用K-Means的改进算法，实现对这张图片的处理，由于一张图片的像素值是一个矩阵，可以得到一组关于像素值的数据；四、把这组像素值进行分类，对各类赋予不同的颜色进行标记，从而区分出需要的图片信息；五、把得到的新图片传到前台；六、前台对进行处理后的图片进行显示，从图像中得到需要的信息，从而实现图像的分割。

1基于网格的数据流聚类算法

3)国家自然科学基金(60172012)。刘青宝　博士生,副教授,主要研究方向为数据仓库技术和数据挖掘;戴超凡　博士,副教授,主要研究方向为数据仓库技术和数据挖掘;邓　苏　博士,教授,主要研究方向指挥自动化、信息综合处理与辅助决策;张维明　博士生导师,教授,主要研究方向为军事信息系统、信息综合处理与辅助决策。计算机科学2007Vol 134№13 　基于网格的数据流聚类算法3) 刘青宝　戴超凡　邓　苏　张维明 (国防科学技术大学信息系统与管理学院　长沙410073) 　摘　要　本文提出的基于网格的数据流聚类算法,克服了算法CluStream 对非球形的聚类效果不好等缺陷,不仅能在噪声干扰下发现任意形状的类,而且有效地解决了聚类算法参数敏感和聚类结果无法区分密度差异等问题。关键词　聚类,数据流,聚类参数,相对密度　 G rid 2based Data Stream Clustering Algorithm L IU Qing 2Bao DA I Chao 2Fan DEN G Su ZHAN G Wei 2Ming (College of Information System and Management ,National University of Defense Technology ,Changsha 410073) 　 Abstract With strong ability for discovering arbitrary shape clusters and handling noise ,grid 2based data stream cluste 2ring algorithm efficiently resolves these problem of being very sensitive to the user 2defined parameters and difficult to distinguish the density distinction of clusters.K eyw ords Clustering ,Data stream ,Clustering parameter ,Relative density 随着计算机和传感器技术的发展和应用,数据流挖掘技术在国内外得到广泛研究。它在网络监控、证券交易分析、电信记录分析等方面有着巨大的应用前景。特别在军事应用中,为了获得及时的战场态势信息,大量使用了各种传感器,对这些传感器数据流的分析处理已显得极为重要。针对数据流数据持续到达,且速度快、规模大等特点,数据流挖掘技术的研究重点是设计高效的单遍数据集扫描算法[12]。数据流聚类问题一直是吸引许多研究者关注的热点问题,已提出多种一次性扫描的方法和算法,如文[1～4]等等,但它们的聚类结果通常是球形的,不能支持对任意形状类的聚类[5]。本文提出的基于网格的数据流聚类算法,在有限内存条件下,以单遍扫描方式,不仅能在噪声干扰下发现任意形状的类,而且有效地解决了基于绝对密度聚类算法所存在的高密度聚类结果被包含在相连的低密度聚类结果中的问题。本文第1节简要介绍数据流聚类相关研究,并引出基于网格的数据流聚类算法的思路及其与相关研究的异同;第2节给出基于网格的数据流聚类算法所使用到的基本概念;第3节给出一个完整的基于网格的数据流聚类算法,详细解析算法的执行过程;第4节进行算法性能分析对比;最后总结本文的主要工作和贡献,并指出需要进一步研究和改进的工作。 1　相关研究在有限内存约束下,一般方法很难对数据流进行任意形状的聚类。第一个增量式聚类挖掘方法是文[6]提出的In 2crementalDBSCAN 算法,它是一个用于数据仓库环境(相对稳定的数据流)的有效聚类算法,可以在有噪声的数据集中发现任意形状的类。但是,它为了形成任意形状的类,必须用类中的所有点来表示,要求获得整个数据流的全局信息,这在内存有限情况下是难以做到的。而且,它采用全局一致的绝对密度作参数,使得聚类结果对参数值非常敏感,设置的细微不同即可能导致差别很大的聚类结果。 Aggarwal 在2003年提出的一个解决数据流聚类问题的框架CluStream [1]。它使用了两个过程来处理数据流聚类问题:首先,使用一个在线的micro 2cluster 过程对数据流进行初级聚类,并按一定的时间跨度将micro 2cluster 的结果按一种称为pyramid time f rame 的结构储存下来。同时,使用另一个离线的macro 2cluster 过程,根据用户的具体要求对micro 2cluster 聚类的结果进行再分析。但它采用距离作为度量参数,聚类结果通常是球形的,不能支持对任意形状类的聚类。而且,它维护的是micro 2cluster 的聚类特征向量(CF 2x ;CF 1x ;CF 2t ;CF 1t ;n ),这在噪声情况下,会产生干扰误差。 2006年,Feng Cao 等人在文[5]中提出了针对动态进化数据流的DenStream 算法。它相对CluStream 有很大的改进,继承了IncrementalDBSCAN 基于密度的优点,能够支持对有噪声的动态进化(非稳定)的数据流进行任意形状的聚类。但由于采用全局一致的绝对密度作参数,使得聚类结果对参数值非常敏感。同时,与CluStream 算法相比,它只能提供对当前数据流的一种描述,不能反映用户指定时间窗内的流数据的变化情况。朱蔚恒等在文[13]中提出的基于密度与空间的ACluS 2tream 聚类算法,通过引入有严格空间的意义聚类块,在对数据流进行初步聚类的同时,尽量保留数据的空间特性,有效克服了CluStream 算法不能支持对任意形状聚类的缺陷。但它在处理不属于已有聚类块的新数据点时,使用一种类似“抛硬币”的方法来猜测是否为该点创建一个新的聚类块,误差较大。而且它以绝对密度做参考,所以在聚类结果中无法区分密度等级不同的簇[7]。本文提出的基于网格的数据流聚类算法GClustream

kmeans聚类图像分割 matlab

function [mu,mask]=kmeans(ima,k) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% % % kmeans image segmentation % % Input: % ima: grey color image % k: Number of classes % Output: % mu: vector of class means % mask: clasification image mask % % Author: Jose Vicente Manjon Herrera % Email: jmanjon@fis.upv.es % Date: 27-08-2005 % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% % check image ima=double(ima); copy=ima; % make a copy ima=ima(:); % vectorize ima mi=min(ima); % deal with negative ima=ima-mi+1; % and zero values s=length(ima); % create image histogram m=max(ima)+1; h=zeros(1,m); hc=zeros(1,m); for i=1:s if(ima(i)>0) h(ima(i))=h(ima(i))+1;end; end ind=find(h); hl=length(ind); % initiate centroids mu=(1:k)*m/(k+1);

【CN110196907A】一种多层次文本聚类方法和装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910297074.9 (22)申请日 2019.04.15 (71)申请人中国石油大学（华东）地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西路66号 (72)发明人席永轲　白婷婷　王宇辰　白振宇　曹帅　张孝苗　孙玉强　刘昕　 (51)Int.Cl. G06F 16/35(2019.01) G06F 17/27(2006.01) (54)发明名称一种多层次文本聚类方法和装置(57)摘要本发明实施例提供了一种多层次文本聚类方法和装置，该方法可以在多个层次对文本数据进行不同粒度的聚类。对所获取的文本数据进行数据预处理操作后根据范化数据的不同特征以及在数据表中所属的不同类别，将规范化后数据分为全部数据即最广义层次、子级分类层次、自定义分类层次等是三个不同层次，然后采用Word2vec进行文本词向量的训练，基于文本词向量训练结果得到一条文本数据的二维坐标作为一个数据节点的坐标，通过计算所有数据节点的相对距离，并根据不同的数据量，动态更新算法截断距离，最终通过计算每个数据节点的局部密度与相对距离确，保存聚类结果并生成数据可视化图聚类中心，并根据各个聚类中心，将不同数据聚为一类。权利要求书1页说明书3页附图2页CN 110196907 A 2019.09.03 C N 110196907 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110196907 A 1.一种多层次文本聚类方法和装置，包括以下步骤： A.基于所获取的原始数据进行数据预处理操作，主要包括数据分词、去停用词、数据规范化等操作。 B.根据规范化数据的不同特征以及在数据表中所属的不同类别，使用不同的类别判别方式对数据进行划分，可将规范化后数据分为全部数据即最广义层次、子级分类层次、自定义分类层次等是三个不同层次，并根据不同的类别层次执行不同聚类操作。 C.基于不同层次的文本数据，采用Word2vec进行文本词向量的训练，将文本内容处理为二维并在空间标识。 D.基于词向量训练结果，将每条文本数据的关键词抽取结果与词向量结合，将关键词对应的词向量坐标求和，得到一条文本数据的二维坐标作为一个数据节点的坐标。 E.通过计算所有数据节点的相对距离，并根据不同的数据量，动态更新算法截断距离。然后通过计算每个数据节点的局部密度与相对距离确定各个聚类中心，并根据各个聚类中心，将不同数据聚为一类，保存聚类结果并生成数据可视化图。 2.根据权利要求1所述的一种多层次文本聚类方法和装置，其特征在于，所述的步骤A 中，数据分词是把连续的汉字序列划分成一系列单独的词语，之后将词语作为文本数据的基本单位；去停用词就是把分词结果中的一些虚词和禁用词去除；数据规范化是指将数据已有的类别进行标记，便于后期高效多层次聚类。 3.根据权利要求1所述的一种多层次文本聚类方法和装置，其特征在于，所述的步骤B 中，根据不同的数据形式，使用不同的方式对数据进行划分，共有以下几种形式： i.将所有数据归为一个层次，即将所有数据进行最广义聚类。 ii.根据规范化后数据所属的不同类别，可以根据不同类别层次将数据划分为不同类别，并根据不同类别进行聚类。 iii.若想获取自定义类别数据，首先自定义类别标签关键词，然后对所获取规范化数据进行遍历，并通过类别关键词对每一条数据进行类别相似度赋值权重，最终通过权重大小获取到自定义类别数据。 4.根据权利要求1所述的一种多层次文本聚类方法和装置，其特征在于，所述的步骤C 中，Word2vec利用深度学习的思想，通过训练，把对文本内容的处理简化为K维向量空间中的向量运算，最终通过降维算法将K维向量降为2维，从而可以用向量空间上的距离来表示语义上的相似度。 5.根据权利要求1所述的一种多层次文本聚类方法和装置，其特征在于，所述的步骤E 中,通过计算所有数据节点的平均距离并乘以对应权重，从而根据不同数据集的大小动态更新算法截断距离。局部密度描述了一个数据节点周围数据的聚集程度。相对距离描述了一个数据节点与其它具有较大局部密度的数据节点的距离。若一个节点的局部密度值与相对距离值都较大，说明它本身周围有较多数据节点，且距离另一个周围有较多数据节点的数据节点距离较远，则认为其是一个聚类中心。 2

谱聚类算法及其在图像分割中的应用

谱聚类算法及其在图像分割中的应用 1 引言在对图像的研究和应用中，人们往往仅对图像中的某些部分或者说某些区域感兴趣。这些部分常称为目标或前景（其他部分称为背景），它们一般对应图像中特定的具有独特性质的区域。为了辨识和分析目标，需要将它们从图像中分离提取出来，在此基础上才有可能对目标进一步利用。图像分割就是指把图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程。这里的特性可以是像素的灰度、颜色和纹理等，预先定义的目标可以对应单个区域，也可以对应多个区域。多年来，对图像分割的研究一直是图像技术研究中的热点和焦点，它不但是从图像处理到图像分析的关键步骤[1]，而且是计算机视觉领域低层次视觉中的主要问题。图像分割的结果是图像特征提取和识别等图像理解的基础，只有在图像被分割后，图像的分析才成为可能。图像分割在实际应用中已得到了广泛的应用，如图像编码、模式识别、位移估计、目标跟踪、大气图像、军用图像、遥感图像、生物医学图像分析等领域。同时，图像分割也在计算机视觉和图像识别的各种应用系统中占有相当重要的地位，它是研制和开发计算机视觉系统、字符识别和目标自动获取等图像识别和理解系统首先要解决的问题。概括地说只要需对图像目标进行提取测量等都离不开图像分割。对分割算法的研究已经有几十年的历史，至今借助于各种理论已经提出了数以千计的分割算法[2]，而且这方面的研究仍然在积极进行。尽管人们在图像分割方面做了许多工作，但至今仍无通用的分割算法，也不存在一个判断分割是否成功的客观标准。因此已经提出的分割算法大都是针对具体问题的，并没有一种适合于所有图像的通用的分割算法。实际上由于不同领域的图像千差万别，也不可能存在万能的通用算法。现有的分割算法非常多，大体上可以分为以下几类：阈值化分割、基于边缘检测的、基于区域的、基于聚类的和基于一些特定理论工具的分割方法。从图像的类型来分最常见的：有灰度图像分割、彩色图像分割和纹理图像分割等等。本

基于聚类的图像分割方法综述

信息疼术2018年第6期文章编号=1009 -2552 (2018)06 -0092 -03 DOI：10.13274/https://www.360docs.net/doc/d610055253.html,ki.hdzj.2018. 06.019 基于聚类的图像分割方法综述赵祥宇\陈沫涵2 (1.上海理工大学光电信息与计算机学院，上海200093; 2.上海西南位育中学，上海200093) 摘要：图像分割是图像识别和机器视觉领域中关键的预处理操作。分割理论算法众多，文中具体介绍基于聚类的分割算法的思想和原理，并将包含的典型算法的优缺点进行介绍和分析。经过比较后，归纳了在具体应用中如何对图像分割算法的抉择问题。近年来传统分割算法不断被科研工作者优化和组合，相信会有更多的分割新算法井喷而出。关键词：聚类算法；图像分割；分类中图分类号：TP391.41 文献标识码：A A survey of image segmentation based on clustering ZHAO Xiang-yu1，CHEN Mo-han2 (1.School of Optical Electrical and Computer Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai200093，China；2.Shanghai Southwest Weiyu Middle School，Shanghai200093，China) Abstract:Image segmentation is a key preprocessing operation in image recognition and machine vision. There are many existing theoretical methods,and this paper introduces the working principle ol image segmentation algorithm based on clustering.Firstly,the advantages and disadvantages ol several typical algorithms are introduced and analyzed.Alter comparison,the paper summarizes the problem ol the selection ol image segmentation algorithm in practical work.In recent years,the traditional segmentation algorithms were improved and combined by the researchers,it believes that more new algorithms are blown out. Key words:clustering algorithm；image segmentation；classilication 0引百近年来科学技术的不断发展，计算机视觉和图像识别发挥着至关重要的作用。在实际应用和科学研究中图像处理必不可少,进行图像处理必然用到图像分割方法,根据检测图像中像素不重叠子区域，将感兴趣目标区域分离出来。传统的图像分割方法:阈值法[1]、区域法[2]、边缘法[3]等。近年来传统分割算法不断被研究人员改进和结合，出现了基于超像素的分割方法[4]，本文主要介绍超像素方法中基于聚类的经典方法，如Mean Shift算法、K-m eans 算法、Fuzzy C-mean算法、Medoidshilt算法、Turbopixels算法和 SLIC 算法。简要分析各算法的基本思想和分割效果。 1聚类算法 1.1 Mean Shil't算法 1975年,Fukunaga[5]提出一种快速统计迭代算法，即Mean Shilt算法（均值漂移算法）。直到1995 年,Cheng[6]对其进行改进，定义了核函数和权值系数，在全局优化和聚类等方面的应用，扩大了 Mean shil't算法适用范围。1997至2003年间，Co-maniciu[7-9]提出了基于核密度梯度估计的迭代式搜索算法,并将该方法应用在图像平滑、分割和视频跟踪等领域。均值漂移算法的基本思想是通过反复迭代计算当前点的偏移均值，并挪动被计算点，经过反复迭代计算和多次挪动，循环判断是否满足条件, 达到后则终止迭代过程[10]。Mean shil't的基本形式为：收稿日期：2017-06 -13 基金项目：国家自然科学基金资助项目（81101116) 作者简介：赵祥宇（1992-)，男，硕士研究生，研究方向为数字图像处理。 —92 —

5聚类之层次聚类基于划分的聚类(k

5 聚类之层次聚类基于划分的聚类（k 、层次聚类 1、层次聚类的原理及分类1）层次法（Hierarchicalmethods ）先计算样本之间的距离。每次将距离最近的点合并到同一个类。然后，再计算类与类之间的距离，将距离最近的类合并为一个大类。不停的合并，直到合成了一个类。其中类与类的距离的计算方法有：最短距离法，最长距离法，中间距离法，类平均法等。比如最短距离法，将类与类的距离定义为类与类之间样本的最短距离。层次聚类算法根据层次分解的顺序分为：自下底向上和自上向下，即凝聚的层次聚类算法和分裂的层次聚类算法 agglomerative 和divisive ），也可以理解为自下而上法 bottom-up ）和自上而下法（top-down ）。自下而上法就是开始每个个体（object ）都是一个类，然后根据linkage 寻找同类，最后形成一个“类” 。自上而下法就是反过来，开始所有个体都属于一个“类”，然后根据linkage 排除异己，劣之分，只是在实际应用的时候要根据数据特点以及你想要的“类”的个数，来考虑是自上而下更快还是自下而上更快。最后每个个体都成为一个“类” 。这两种路方法没有孰优孰至于根据Linkage 判断“类”的方法就是最短距离法、最长

距离法、中间距离法、类平均法等等（其中类平均法往往被认为是最常用也最好用的方法，一方面因为其良好的单调性，另一方面因为其空间扩张/浓缩的程度适中）。为弥补分解与合并的不足，层次合并经常要与其它聚类方法相结合，如循环定位。 2)Hierarchical methods 中比较新的算法有BIRCH( Balanced Iterative Reducingand Clustering Using Hierarchies 利用层次方法的平衡迭代规约和聚类）主要是在数据量很大的时候使用，而且数据类型是numerical 。首先利用树的结构对对象集进行划分，然后再利用其它聚类方法对这些聚类进行优化； ROCK ( A Hierarchical ClusteringAlgorithm for Categorical Attributes )主要用在categorical 的数据类型上；Chameleon(A Hierarchical Clustering AlgorithmUsing Dynamic Modeling )里用到的linkage 是kNN (k-nearest-neighbor)算法，并以此构建一个graph，Chameleon 的聚类效果被认为非常强大，比BIRCH 好用，但运算复杂度很高，0（22）。 2、层次聚类的流程凝聚型层次聚类的策略是先将每个对象作为一个簇，然后合并这些原子簇为越来越大的簇，直到所有对象都在一个簇中，或者某个终结条件被满足。绝大多数层次聚类属于凝聚

基于聚类分析的图像分割研究毕业论文

毕业论文声明本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。学位论文作者（签名）：年月

关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名：日期：指导教师签名：日期：

层次分析法和灰色聚类分析法在绩效评价中的应用

层次分析法和灰色聚类分析法在绩效评估中的应用施狄峰摘要绩效考核的评估是帮助企业维持和提高生产力、实现企业经营目标的手段之一，它一个复杂的大系统，一般企业的绩效评估是建立在关键考核指标得分乘以权系数的线性关系的基础上，但如果有两个下属分公司考核得分分别是97分和94分，究竟它们都属于优，还是一个是优、一个是良，原先的方法显然无法判断。笔者运用运筹学决策分析法的层次分析法和灰色系统理论的灰聚类法两种方法对绩效加以评估，能将被考核企业的经营情况很清楚地区分开来，分类排序出来。关键词绩效评估层次分析法灰色聚类分析法设以某公司下属11个分公司绩效考核情况数据为例，记为K C B A i ,, ;并选取经营效绩考核中三个指标记为* * * 3,2,1。一、用层次分析法： 1、权重设置： 123ij 2所示系数。得到矩阵A=(a ij )3×3矩阵A 为经营效绩的判断矩阵。 A= 相应的特征向量为： B 3=( 0.45 0.40 0.15 )T 得出3个考核指标权重分别为0.45、0.40、0.15

2、类似地根据表3可用特征向量法求下属11个分公司相对于上述3个指标中每一个的权系数。成对比较的指标*1：表4 指标*2：

表5 指标*3：表6 3、由此可求出3个指标的相应特征向量，按列组成矩阵B3。 B3= 若记B k为第k层次上所有因素相对于上一层上有关因素的权向量按列组成的矩阵，则第k层次的组合权系数向量W k满足： W k=B k·B k-1··········B2·B1 由W3=B3B2=(0.0938 0.1050 0.0815 0.0944 0.1013 0.0721 0.0926 0.0965 0.0979 0.0745 0.0903 )T 可以得出以下11个分公司经营绩效排名：

基于聚类的图像分割系统的设计与实现——分割算法模块【毕业作品】

BI YE SHE JI （20 届）基于聚类的图像分割系统的设计与实现——分割算法模块

摘要图像分割的算法研究已有很多年的历史，一直以来都得到了人们的高度重视。关于图像分割的原理和方法世界各国均有不少的论文发表，但一直以来没有一种一般的分割方法能够适用于所有图像分割处理。传统的图像分割方法的劣势在于不能满足人们的要求，为后续的图像分析和理解带来了困难。随着计算机技术以及计算机性能的迅猛发展，及其相关技术的发展和成熟，结合色彩处理，图像增强等技术，个人计算机上就能够实现图像分割处理。图像处理技术有很多种，如图像分析，颜色转换，去噪等，但其中最主要的图像处理技术是图像分割技术，从图像中将某个特定区域与其它部分进行分离并提取出来的部分进行检测，变换，识别等处理操作。图像的分割是实现图形理解的基础,也是计算机图形学中的一个基本问题,并且在其他很多领域得到了应用。由于图像的格式和色彩形状不同,要实现通用且快速的图像分割仍然是一个难题。图像分割的主要研究内容有：建立可靠有效的分割模型,减少分割算法的运算量，降低分割算法的复杂度,提高分割算法的通用性及抗噪性等。但是因为分割模型的不同,各种分割方法在不同的分割模型表现出不同的优缺点。有阈值分割方法，边界分割方法，区域提取方法，结合特定理论工具的分割方法等。本文只对这些方法做简单的介绍。本文中着重介绍的是，基于聚类的分割算法，聚类分析是一种无监督分类法,它通过归类相似性质（结构色彩）的样本实现分类。在缺少相关知识时,图像分割可以通过聚类分析完成。基于聚类分析的图像分割算法的通用性好，并且对样本空间的约束小。无论是灰度图像、彩色图像分还是纹理图像,都可以应用聚类分析方法完成分割。但是基于聚类分析的分割方法也有缺点,主要就是因为聚类分析分割算法计算量大,有可能出现极值问题并且对噪声样本比较敏感。本文分析了当今图像分割的研究成果以及面临的主要问题,针对聚类算法用于图像分割的特点,着重对聚类算法进行了算法实现，并能用图片的形式呈现出来。通过对聚类算法的是实现，本文在其基础上还对分割后的图片进行重新合并的操作，合并操作通过比对，计算图片碎片的相似度进行实现。关键词：图像分割，复杂度，样本空间，聚类分割，合并，相似度

各种聚类算法介绍及对比

一、层次聚类 1、层次聚类的原理及分类 1）层次法（Hierarchical methods）先计算样本之间的距离。每次将距离最近的点合并到同一个类。然后，再计算类与类之间的距离，将距离最近的类合并为一个大类。不停的合并，直到合成了一个类。其中类与类的距离的计算方法有：最短距离法，最长距离法，中间距离法，类平均法等。比如最短距离法，将类与类的距离定义为类与类之间样本的最短距离。层次聚类算法根据层次分解的顺序分为：自下底向上和自上向下，即凝聚的层次聚类算法和分裂的层次聚类算法（agglomerative和divisive），也可以理解为自下而上法（bottom-up）和自上而下法（top-down）。自下而上法就是一开始每个个体（object）都是一个类，然后根据linkage寻找同类，最后形成一个“类”。自上而下法就是反过来，一开始所有个体都属于一个“类”，然后根据linkage排除异己，最后每个个体都成为一个“类”。这两种路方法没有孰优孰劣之分，只是在实际应用的时候要根据数据特点以及你想要的“类”的个数，来考虑是自上而下更快还是自下而上更快。至于根据Linkage判断“类”的方法就是最短距离法、最长距离法、中间距离法、类平均法等等（其中类平均法往往被认为是最常用也最好用的方法，一方面因为其良好的单调性，另一方面因为其空间扩张/浓缩的程度适中）。为弥补分解与合并的不足，层次合并经常要与其它聚类方法相结合，如循环定位。 2）Hierarchical methods中比较新的算法有BIRCH（Balanced Iterative Reducing and Clustering Using Hierarchies利用层次方法的平衡迭代规约和聚类）主要是在数据量很大的时候使用，而且数据类型是numerical。首先利用树的结构对对象集进行划分，然后再利用其它聚类方法对这些聚类进行优化；ROCK（A Hierarchical Clustering Algorithm for Categorical Attributes）主要用在categorical的数据类型上；Chameleon（A Hierarchical Clustering Algorithm Using Dynamic Modeling）里用到的linkage是kNN（k-nearest-neighbor）算法，并以此构建一个graph，Chameleon的聚类效果被认为非常强大，比BIRCH好用，但运算复杂度很高，O(n^2)。 2、层次聚类的流程凝聚型层次聚类的策略是先将每个对象作为一个簇，然后合并这些原子簇为越来越大的簇，直到所有对象都在一个簇中，或者某个终结条件被满足。绝大多数层次聚类属于凝聚型层次聚类，它们只是在簇间相似度的定义上有所不同。这里给出采用最小距离的凝聚层次聚类算法流程： (1) 将每个对象看作一类，计算两两之间的最小距离； (2) 将距离最小的两个类合并成一个新类； (3) 重新计算新类与所有类之间的距离； (4) 重复(2)、(3)，直到所有类最后合并成一类。聚类的效果如下图，黑色是噪音点：

分层聚类分析报告

课程论文题目：基于系统聚类分析的我国不同省市之间农产品种植结构比较分析院（系）:数学与统计学院专业年级学生姓名：学号: 指导教师: 刘翠霞职称:讲师日期：2012-10-05 摘要：在国家统计局关于农产品种植面积的统计指标基础上，采用层次聚类分析我国不同省市之间农产品种植结构比较分析，并得出各主要聚类群。在此基础上认为目前我国农产品种植情况还是以粮食种

植为主，各地区各地区农产品种植结构均有不同情况。关键词：层次聚类分析种植结构地区比较一、引言农业实力是我国综合实力发展所要解决的一个非常重要的问题。众所周知，我国是农业大国，现阶段全球粮食库存跌破安全警戒，主要粮食种植面积下降；同时人口增长以及生物能源的快速发展，带来粮食需求的刚性上涨，致使世界粮食供求紧张，另外我国的种植行业其生产方式仍以家庭作业为主，产业化程度较低，这注定了农业中的种植行业在农产品涨价的过程中受益程度相对有限。我们非常有必要按照种植产物的不同种类将种植情况趋同的地区进行分类，找到并了解当前我国的农产品种植结构的差异与共性。二、模型选择层次聚类分析是一种多元数理统计方法。它并没有事先设定样本分类的标准，而是通过对样本和变量数据的不同特征指标值进行差异程度计算，根据变量或样本间不同的差异程度大小重新结合分类，产生一个更有效的分类。其优点在于可以对分类变量进行聚类，提供的距离测量方法和结果表示方法也非常丰富。它的实现过程如下： 1.由于本文所选用数据存在大量的量纲，所以必须进行无量纲化处理。 2.将各组数据作为独立的一类（设为n类），按照系统聚类分析

的重心法距离计算各数据点之间的距离，形成一个距离阵。 3.将距离最近的两组数据并为一类，从而形成n-1个类别，计算新产生的类别与其他各个类别之间的距离或者相似度，形成新的距离阵。这种方法的思想来自于方差分析，使用该方法的目的是使得各个类别间的样本量尽可能接近。 4.按照与第二步相同的原则，再将距离最接近的两个类别合并，一直重复该步骤直到所有数据被合并为一个类别为止。三、实证分析 1.数据来源及变量说明。按照国家统计口径的划分，将种植种类划分为七类：粮食种植、瓜果种植、蔬菜种植、棉花种植、烟叶种植、油料种植、糖料种植。以上所有指标数据，均来自《中国农村统计年鉴》原始数据或换算得到。 2.结果解释。根据模型实现过程，通过多次聚类可以得出谱系图（Dendrogram）。由于篇幅限制，在此就不再逐步进行了，只给出最后结果。在谱系图中，聚类的全过程可以直观的表现出来，它把类间的最大距离算做相对距离为25，其余的距离均换算成与之相比的相对距离大小。 3.结果的验证和进一步说明。以下是层次聚类分析产生的结果，我们在确定分类过程中，总是希望能够进行“等分”，所以从表1中可以直观的看到，将31个省份分为四类相对合适，这个时候最大的类别和特点突出的类别都划分较为明确，适合进一步的分析。

层次聚类

1. 层次聚类层次聚类算法与之前所讲的顺序聚类有很大不同，它不再产生单一聚类，而是产生一个聚类层次。说白了就是一棵层次树。介绍层次聚类之前，要先介绍一个概念——嵌套聚类。讲的简单点，聚类的嵌套与程序的嵌套一样，一个聚类中R1包含了另一个R2，那这就是R2嵌套在R1中，或者说是R1嵌套了R2。具体说怎么算嵌套呢？聚类R1={{x1,x2},{x3},{x4,x5}嵌套在聚类R2={{x1,x2,x3},{x4,x5}}中，但并不嵌套在聚类R3={{x1,x4},{x3},{x2,x5}}中。层次聚类算法产生一个嵌套聚类的层次，算法最多包含N步，在第t步，执行的操作就是在前t-1步的聚类基础上生成新聚类。主要有合并和分裂两种实现。我这里只讲合并，因为前一阶段正好课题用到，另外就是合并更容易理解和实现。当然分裂其实就是合并的相反过程。令g(Ci,Cj)为所有可能的X聚类对的函数，此函数用于测量两个聚类之间的近邻性，用t表示当前聚类的层次级别。通用合并算法的伪码描述如下： 1. 初始化： a) 选择?0={{x1},…,{xN}} b) 令t=0 2. 重复执行以下步骤： a) t=t+1 b) 在?t-1中选择一组(Ci,Cj)，满足 c) 定义Cq=CièCj，并且产生新聚类?t=(?t-1-{Ci,Cj})è{Cq} 直到所有向量全被加入到单一聚类中。这一方法在t层时将两个向量合并，那么这两个向量在以后的聚类过程中的后继聚类都是相同的，也就是说一旦它们走到一起，那么以后就不会再分离……（很专一哦）。这也就引出了这个算法的缺点，当在算法开始阶段，若出现聚类错误，那么这种错误将一直会被延续，无法修改。在层次t上，有N-t个聚类，为了确定t+1层上要合并的聚类对，必须考虑(N-t)(N-t-1)/2个聚类对。这样，聚类过程总共要考虑的聚类对数量就是(N-1)N(N+1)/6，也就是说整个算法的时间复杂度是O(N3)。举例来说，如果令X={x1, x2, x3, x4, x5}，其中x1=[1, 1]T, x2=[2, 1]T, x3=[5, 4]T, x4=[6, 5]T, x5=[6.5, 6]T。那么合并算法执行的过程可以用下面的图来表示。 P(X)是不相似矩阵