基于成对约束的半监督聚类集成算法研究

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半监督学习中的半监督聚类算法详解(四)

半监督学习中的半监督聚类算法详解在机器学习领域中，半监督学习是一种介于监督学习和无监督学习之间的学习方式。

在实际问题中，我们往往会面临一些只有部分数据标记了标签的情况，这时候就需要使用半监督学习方法。

半监督聚类算法是半监督学习中的一种重要方法，它能够利用标记样本和未标记样本的信息来进行聚类，提高聚类的准确性。

本文将详细介绍半监督聚类算法的原理和应用。

半监督聚类算法的原理半监督聚类算法的原理是基于以下假设：在同一簇中的样本往往具有相似的特征，而不同簇之间的样本特征差异较大。

因此，我们可以利用标记样本的信息来引导聚类算法对未标记样本进行聚类。

常见的半监督聚类算法包括基于图的半监督聚类算法、基于生成模型的半监督聚类算法等。

这些算法都是在无监督聚类的基础上，利用标记样本的信息对聚类结果进行修正，提高聚类的准确性。

基于图的半监督聚类算法是一种常见的半监督聚类方法。

它通过构建样本之间的图结构，利用标记样本的信息对未标记样本进行聚类。

具体来说，该算法首先构建样本之间的相似度图，然后利用标记样本的信息对图进行标记传播，最终得到未标记样本的簇分配结果。

基于生成模型的半监督聚类算法则是通过建立生成模型来对标记样本的标签信息和未标记样本的簇分配结果进行联合建模，从而得到最优的聚类结果。

半监督聚类算法的应用半监督聚类算法在实际问题中有着广泛的应用。

首先，半监督聚类算法能够充分利用未标记样本的信息，提高聚类的准确性。

在许多实际问题中，未标记样本往往数量远远大于标记样本，这时候就需要使用半监督聚类算法来充分利用未标记样本的信息，提高聚类的性能。

其次，半监督聚类算法也能够应用在图像分割、文本聚类等领域。

在图像分割领域，半监督聚类算法能够利用标记样本的信息对图像进行像素级别的聚类，从而实现图像的分割和识别。

在文本聚类领域，半监督聚类算法能够利用标记样本的信息对文本进行语义级别的聚类，从而实现文本的自动分类和归类。

总结半监督聚类算法是半监督学习中的重要方法，它能够利用标记样本的信息对未标记样本进行聚类，提高聚类的准确性。

基于密度的半监督复杂网络聚类算法

关键词：复杂网络；聚类；基于密度；半监督；约束中图法分类号：ＴＰ１８１文献标识号：Ａ文章编号：１０００ — ７０２４（２０１４）Ｏ１ — ０２７１ — ０５
Ｄｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄｓｅｍｉ — ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ
摘要：针对大多数复杂网络聚类算法不能有效利用先验知识的问题，提出了一种基于密度的半监督复杂网络聚类算法。通过已有的成对约束关系及其传递性质发现网络中所有潜在的约束关系，以更充分地指导聚类过程；在基于密度的聚类算法基础上，综合考虑节点之间的可达性以及成对约束关系，以发现网络中满足连通性和最大性的社区结构。将实验结果与其它算法进行比较，比较结果表明了该算法能更加有效的利用先验知识来提高聚类性能。
ｉｎｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋ
ＭＥＮＧＦａｎ — ｒｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＫｅ－ｗｅｉ＋，ＺＨＵＭｕ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｍｏｓｔｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋｓｃａｎｎｏｔｍａｋｅｕｓｅｏｆｔｈｅｐｒｉｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｄｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄｓｅｍｉ－ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｌｌｔｈｅｈｉｄｄｅｎｐａｉｒｓｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｒｅｆｏｕｎｄｂｙｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｖｉａｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐａｉｒｓｏｆｏｎｅｓｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｒｔｒａｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏｍａｋｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｐｒｉｏｒｉｎｆｏｒ — ｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｍａｘｉｍａｌｉｔｙ，ｉｓｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｃｈａｂｉｌｉｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｎｏｄｅｓａｎｄａｌｌｔｈｅｐａｉｒｓｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏ — ｒｉｔｈｍｃａｎｕｔｉｌｉｚｅｔｈｅｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｐｒｉｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔＯｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋ；ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ；ｄｅｎｓｉｔｙ－ｂａｓｅｄ；ｓｅｍｉ－ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ；ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ

成对约束的属性加权半监督模糊核聚类算法

ｂｓｄｕｚｌｓｅｉｇｌｏｉｍｔａｒｓｃｎ￣ａｎｓｎｄｔｉｕｅｉｈｅｓｒｐｓｄａｅｆｚｙｃｕｔｒａｇｒｔｎｈｗｉｐｉｅｏｓｉｔａａｔｂｔｓｗｅｇｔｄｉｈｗｉｒｐｏｏｅｗｈｃｃｒｏａｅｂｔｅ — ｉｈｉｏｐｒｔｓ器学习和数据挖掘中，带约束的半监督聚类是一个活跃的研究领域。为了利用约束条件获得表现更优异的聚类效果，提出了一种成对约束的属性加权半监督聚类算法，该方法充分考虑了属性间的不平御陛，在传统模糊聚类算法中融合半监督学习机
制并通过ＭｅｃＩｒｅ核把原始的观察空问映射到高维特征空间。实验结果表明，该算法优于相似的成对约束的竞争群算－－ＣＡ）；（Ｃ。￣Ｐ
关键：监督聚类；半成对约束；；糊聚类核模
Ｄ：０３７ｆｉｎ１０．３１０１４３文章编号：０２８３（Ｏ１２ — １６０文献标识码：中图分类￣：Ｐ８ＯＩ１．７８．ｓ．２８３．１．．８ｊｓ０２２０１０．３１２ｌ）４０３－３ＡＴ１１
ｓｐｒｉｅｌａｎｎｔｃｎｑｅｎｄｈｅｎｌｕｅｖｓｄｅｒｉｇｅｈｉｕａｔｅｋｒｅｍｅｈｄｎｔｔｅｒａｉｏａｆｚｙｌｓｅｎｇｌｏｔｍ．ｈｐｏｏｅａｇｒｔｍｔｏｉｏｈｔｄｔｎｌｕｚｃｕｔｒａｇｒｈＴｅｒｐｓｄｌｏｉｉｉｉｈ
江南大学数字媒体学院，江苏无锡２４２１１２

一种半监督模糊聚类算法的研究

ＦＣＡ算法的隶属度函数中，存在迭代的非必要信
息，增加了算法的复杂度。本文改进了ＩＳＦＣＡ算法的隶属度函数，提取出迭代的必要项 “ 和非必要项“ ，从而简化隶属度迭代计算过程，使样本的聚类更加合理。
针对于电动截止阀标准工作状态关闭不严填料摩擦力过大传动故障的四种工况进行模拟实验获取不同故障时频域时域的无量纲特征参数如表1所示12时域频域信号提取的特性参数参数名标准状态阀门关闭不严填料摩擦过大传动故障待测样本峰值指标156161133155153峭度指标915596294084471193395792065091298458脉冲指标185195184184181指标261285315254波形指标121116119118功率谱重心指标00270025002500270022功率谱均方指标00130007000700130006功率谱方差00140008000800140005相关因子00370364035403690349谐波因子14551085094614670943算法流程图到与其距离最近的类别初期的按距离上的聚类可能存在分配上错误这就是所谓的约束点对的最优违反问实验结果与分析实验结果如图3所示
表明，优化后的ＩＳＦＣＡ算法对阀门的故障诊断是行之有效的。
关键词半监督聚类中图法分类号ＴＰ２０６；
竞争聚类
约束项Ａ
ＩＳＦＣＡ算法
文献标志码
传统的模糊聚类算法可以分为有监督模糊聚类和无监督模糊聚类。传统的模糊聚类算法对未知样本的使用率较低。针对于该问题，相关领域学者经过不断研究提出了半监督模糊聚类＿１］。半监督模

基于主动学习的半监督聚类入侵检测算法

步骤：
ｆｘ）（Ｉ＝
／＝１
，（１）ｆｘ
：

（）１
（）１初始化簇：设置近邻集的数目凡为；
其中
‘
为混合系数 ’
１
㈩为数参。
（）２随机选择第一个标记数据ｘ并加入到Ｎ，一１，Ｊ；
（）ｈｌ允许查询ａｄ＜ｋ３ｗｉｅｎｋ（为不相交近邻集的数目）Ｘ
算法：Ｓ（Ｃｉｅ１ａｎｇｅ — ｕｅｖｅＡＣＡｔｖ一ｒｉＳｍｉＳＰｒｉｄｅｎＳ
择最有利于分类器性能的数据，并将这些数据以一定的方式Ｃｕｔｒｎ）ｌｓｅｉｇ算法输入：据集数ｊ“：， ∈ ，ｕｔｌｎ￣７ｊｌｊｍｓ — ｉｋＣｆＪ，ＩＬ
ｅｓｌｅ
（＝ｒａ ∑，（＝Ｉ＝ ’）ａｍｘｐｉｋｐ）ｇｋｃ（
其中
Ｉ）ｘ
系
ＰＩ：堑（孚）
∑ ｆｘ），（Ｉ
这样，学习目标就变成了利用训练例来估计
将ｘ赋给与它是ｍｓ－ｋｕｔ１ｎ约束关系的近邻集。ｉ这时得到个不相交的近邻集｛＝，Ｎ｝７其中入≤ｋｎ；
记数据是否存在入侵行为。然估计量可以表示为：
ＬｇＬＯｘｆ＝ｌｇｐｘｆ）ｏ（（；，）ｏ（（，））；
＝
１基于主动学习的半监督聚类入侵检测
１．１主动学习
主动学习（ｃｉｅｅｒｉｇ …假设学习器对环境有一定ａｔｖｌａｎｎ）

一种基于约束的半监督聚类查询扩展方法

第８卷第１Ｏ期２０１３年１０月
中国科技论文
ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
Ｖｏ１．８Ｎｏ．１０
０Ｃｔ．２０１３
一
种基于约束的半监督聚类查询扩展方法
杨静，刘宁，张键沛
Ａｑｕｅｒｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｄｅｓｅｍｉ－ｓｕｐｅｒｖｉｓｄｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ
ＹａｎｇＪｉｎｇ，ＬｉｕＮｉｎｇ，ＺｈａｎｇＪｉａｎｐｅｉ
（哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院，哈尔滨１５０００１）
摘要：针对伪相关反馈模型反馈文档信息质量差和扩展词选择不适产生的漂移现象等问题，提出了一种基于约束的半监督聚类查询扩展方法。该方法对初检结果的前ｋ个文档进行人工标注，分成相关文档与不相关文档两类；并利用一种半监督聚类算法对初检结果的前ｎ个文档进行分析，提取出与查询相关的文档作为反馈文档。该方法通过对少量标注文档与查询相关性的学习，能够较准确地估计出大量未知文档与查询的相关性，提高反馈文档的质量，从而有效提高检索的查全率和查准率。实验结果表明，该方法比传统的伪相关反馈和基于无监督聚类的伪相关反馈有更优的检索性能。关键词：信息检索；查询扩展；约束聚类；半监督聚类；伪相关反馈中图分类号：ＴＰ３９１文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ —２７８３（２０１３）１０～０９９４— ０４

基于成对约束的半监督聚类方法

基于成对约束的半监督聚类方法陶性留; 俞璐; 王晓莹【期刊名称】《《微型机与应用》》【年(卷),期】2019(038)011【总页数】7页(P54-59,66)【关键词】成对约束; 半监督聚类; FCM-NMF聚类; 非负矩阵分解; 交替迭代公式【作者】陶性留; 俞璐; 王晓莹【作者单位】陆军工程大学通信工程学院江苏南京210007; 陆军工程大学指挥控制工程学院江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TP370 引言现实社会中，面临的数据越来越多，越来越宽泛，越来越复杂，同样数据特征的维度也越来越高。

如何去挖掘有价值的信息一直是广受关注的热点。

聚类是数据挖掘和模式识别的重要工具，它是将数据样本划分为不同的簇，使同一簇的数据样本具有较高的相似性，常见的方法有K-means[1-2]、FCM[3-4]等。

而半监督聚类[5]作为半监督学习的一个重要分支，它以无监督的聚类算法为基础，通过利用少量的监督信息来提高聚类的性能。

目前，半监督聚类中常见的先验知识表现为部分样本的类标签信息或是反映两样本是否归于同一簇的成对约束信息。

所谓成对约束关系具体分为两种：(1)两个样本同属于一个簇团(必须链接集Must-link，ML);(2)两个样本属于不同簇团(不能链接集Cannot-link，CL)。

很显然，这是一种相对较弱的指导信息，因为判断两个样本是否属于同一簇团要比判断它们分属于哪个簇团更加容易。

通常可以通过生活经验或者常识来判断。

基于成对约束的半监督聚类方法的基本思想是利用先验监督信息来调整样本数据之间的作用力，根据少量被正确划分的样本数据，促使其近邻能被正确地划分，进而实现整个数据集的划分。

该聚类算法通常在经典的算法框架下，合理设计出目标函数再进行一定程度的优化之后得到更加符合实际，更加令人满意的聚类算法。

本文考虑在之前研究的FCM-NMF[6]算法上添加成对约束条件，以使聚类性能得到进一步的提高。

谱聚类算法研究综述

Survey of Spectral Clustering Algorithms BAI Lu1，2，3, ZHAO Xin1，2，3, KONG Yuting1，2，3, ZHANG Zhenghang1，2，3, SHAO Jinxin1，2，3, QIAN Yurong1，2，3
1.College of Software, Xinjiang University, Urumqi 830046, China 2.Key Laboratory of Software Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, China 3.Key Laboratory of Signal Detection and Processing in Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830046, China
变化而改变，因此 σ 需要经过多次取值实验才能确定[23]。
度矩阵是记为 D 的对角矩阵，度值为对角元素。
计算方式如公式（2）所示：
∑ Dij = Wij j
（2）
规范相似矩阵一般形式定义为：
W nor
=
-
D
12WD-
1 2
Wnor(i,j) =
W (i,j) D(i.j) D(i,j)
（3）（4）
1 谱聚类算法概述
谱聚类算法的思想起源于谱图划分理论[18]，谱聚类通过样本相似度生成无向加权图，样本点可看作图的顶点，样本点间的相似度为两点间边的权重，而对无向加权图进行谱图划分就是将图划分为若干个子图，该过程与聚类算法的聚类过程对应。图论的最优划分准则[14] 与聚类最优准则在思想上具有一致性，为聚类问题转化为图划分问题提供思路与理论支撑。对于谱图划分而言，图划分准则的选取将直接影响划分结果，常用的图划分准则有规范割集、最小割集、平均割集、比例割集等准则[19]。与谱图划分相比，谱聚类算法考虑问题连续放松形式，将图分割问题转换为求相似矩阵的谱分解问题[20]。谱聚类算法依据划分准则的不同，总体分为迭代谱聚算法与多路谱聚类算法。目前多路谱聚类算法因其简单易于理解特性应用更为广泛，NJW 算法是经典多路谱聚类算法。多路谱聚算法实现细节略有差异，但核心思想基本一致，其主要思想如下：

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基于成对约束的半监督聚类集成算法研究
基于成对约束的半监督聚类集成算法研究
近年来，聚类算法在数据挖掘领域中得到广泛的应用。

然而，传统的聚类算法通常通过无监督学习的方式对数据进行划分，其聚类结果可能会受到初始值、噪音数据和维度灾难等问题的影响。

为了解决这些问题，研究者们提出了各种改进的聚类算法，其中半监督聚类算法是一种利用少量的已知标记信息来引导聚类的方法。

在半监督聚类算法中，基于成对约束的方法被广泛应用。

成对约束是通过给定一些样本对的先验知识，如“这两个样本属于同一类”或“这两个样本属于不同的类”，来指导聚类过程。

成对约束可以帮助聚类算法避免错误的划分，提高聚类结果的准确性。

但是，成对约束只能提供有限的信息，无法解决所有的聚类问题。

为了进一步提高聚类算法的性能，研究人员提出了基于成对约束的半监督聚类集成算法。

聚类集成是一种将多个聚类算法进行组合的技术，通过集成多个聚类结果来得到一个更好的聚类结果。

在基于成对约束的半监督聚类集成算法中，多个聚类算法将根据成对约束的准确性和一致性进行加权集成，权重的分配可以采用一些启发式的方法，如基于约束传递性的方法。

基于成对约束的半监督聚类集成算法的主要步骤包括：
1. 数据预处理：对原始数据进行预处理，包括数据清洗、特征选择、归一化等步骤，以提高聚类算法的性能。

2. 聚类算法生成：运行多个聚类算法，得到多个初始聚类结果。

3. 成对约束制定：根据已知的成对约束设计算法，构建成对
约束矩阵或成对约束图。

4. 集成算法：将多个聚类算法的结果进行加权集成，计算每
个样本属于每个类别的概率，并根据概率进行聚类结果的投票。

5. 聚类结果评估：对集成聚类结果进行评估，可以使用一些
聚类评估指标，如Adjusted Rand Index (ARI)、Normalized Mutual Information (NMI)等，来评价聚类结果的准确性和一致性。

基于成对约束的半监督聚类集成算法的优势在于可以充分利用有限的标记信息，通过集成多个聚类算法来提高聚类结果的质量。

与传统的聚类算法相比，基于成对约束的半监督聚类集成算法具有更好的鲁棒性和稳定性。

然而，基于成对约束的半监督聚类集成算法也面临一些挑战。

首先，成对约束的准确性对算法的性能影响很大，因此如何准确制定成对约束是一个关键问题。

其次，聚类集成中的权重分配也是一个关键问题，现有的一些启发式方法可能会有一定的主观性，如何设计更合理的权重分配方法是一个值得研究的方向。

此外，基于成对约束的半监督聚类集成算法通常需要大量的计算资源和运行时间，如何提高算法的效率也是需要解决的问题。

综上所述，基于成对约束的半监督聚类集成算法是一个具有潜力和挑战的研究方向。

随着技术的不断发展和研究的深入，相信该算法在实际应用中会有更广泛的应用和突破
基于成对约束的半监督聚类集成算法是一种有前景的方法，可以通过利用有限的标记信息来提高聚类结果的质量。

它相比传统的聚类算法更具鲁棒性和稳定性，但也面临着一些挑战。

成对约束的准确性和权重分配是关键问题，需要进一步研究和
改进。

此外，算法的效率也需要提高。

随着技术的进步和研究的深入，相信该算法将在实际应用中发挥更大的作用和取得突破。