层次聚类算法

对聚类算法有一点点入门的时候就知道,几乎所有的“平面型”聚类算法都有一个共同的弱点-难以确定类别数(聚类停止条件),而层次聚类在一定程度上解决了这个问题(它算一种比较古老比较通用的聚类算法吧)。谈到层次这个词,很容易想象到聚类的过程是线性分阶段进行的。

1. 层次聚类两种基本方法:凝聚的和分裂的

  • 凝聚的:从点作为个体簇开始,每一步合并两个最接近的簇。这里需要定义簇的邻近性概念,如图所示。

层次聚类算法

  • 分裂的:从包含所有点的某个簇开始,每一步分裂一个簇,直到仅剩下单个点簇。这种情况比较复杂,我们需要确定每一步分裂哪个簇,以及如何分裂。

层次聚类算法

2. 常用的基于凝聚的层次聚类

下面探讨两个问题:

1) 定义簇之间的邻近性(需要注意的是两个点的距离可以根据自己的需要去定义,这里说的是如何根据簇内多个点与其他点或者簇计算两个簇之间的邻近性)

源于簇的基于图的术语,有MIN、MAX、和组平均三种方法。MIN定义簇之间的邻近度为不同簇的两个最近的点之间的邻近度(图的术语表示:不同的结点子集中两个结点之间的最短边)。MAX取不同簇中两个最远的点之间的邻近度。通常我们使用单链(single link)和全链(complete link)来分别表示这两种方法。组平均定义簇邻近度为取不同簇的所用点对邻近度的平均值(平均变长)。三种方法如图所示。

层次聚类算法

当然,簇也可用质心代表,这样邻近度的定义为质心之间的距离就更加自然。还有一种方法Ward,该方法试图最小化点到其簇质心的距离的平方和。

2) 时间和空间复杂性

需要存储m2/2个邻近度,其中m是数据点的个数。因此空间复杂度为O(m2)。

需要O(m2)时间计算邻近度矩阵,之后步骤3和4涉及m-1次迭代,如果某个簇到其他所有簇的距离存放在一个有序表或堆中,则查找两个最近簇的开销可能为O(m-i+1).总时间为O(m2logm)。

3. 问题及优缺点

层次聚类的主要问题主要包括

1) 缺乏全局目标函数,使用各种标准在每一步局部地确定哪些簇应当合并,成功避开了解决困难的组合优化问题。但是这样的方法没有局部极小问题或很难选择初始点。

2) 处理不同大小簇的能力,若想平等地对待不同大小的簇,必须赋予不同簇中的点不同的权值。

3) 合并决策是不可逆的,一旦做出决策,就不能撤销了。

优点与缺点:

比较适合那些需要层次结构的应用,通常情况下,层次聚类会产生较高质量的聚类结果并可以根据邻近度阈值等相关指标确定聚类个数。然而计算量和存储代价是昂贵的,高维数据可能会出现较大问题。由于是不可逆的,对于噪声比较敏感。有些研究先使用其他聚类算法进行部分聚类,然后利用之前聚好的簇再进行层次聚类往往可以解决上述问题。

 

张晗

2015.1.28

原创文章,作者:admin,如若转载,请注明出处:https://www.isclab.org.cn/2015/01/28/%e5%b1%82%e6%ac%a1%e8%81%9a%e7%b1%bb%e7%ae%97%e6%b3%95/

(2)
adminadmin
上一篇 2015年1月28日
下一篇 2015年1月28日

相关推荐

  • 内部威胁检测方法

    近年来,内部(insider)攻击,包括组织信息系统破坏、信息盗窃、电子欺诈等,具有很强的隐蔽性和破坏性,对个人、企业和国家安全构成了巨大的威胁。因此,我们应该更加关注内部威胁的研…

    2021年10月27日
    1.5K
  • 深度学习语音情绪识别技术

    语音情绪识别在如今的人机交互中具有重要作用,机器可以通过语音情绪识别对用户的情绪变化做出恰当反应,提供更具个性化的服务。深度学习作为机器学习中的一个重要分支,在语音情绪识别中也有广…

    2024年11月27日
    1.2K
  • Android APP共享库加固

        学术报告介绍了一种基于init节区的安卓共享库加固方式、一些防逆向工具和反调试的方法以及解释执行保护共享库的内容。 附件-Andro…

    学术报告 2017年12月11日
    1.2K
  • Windows漏洞利用技术总结

    1.前言 本文通过阅读几位大牛的文章、演讲报告、exploit编写教程等技术文档不断总结修改而成,列举了当前Windows下常见漏洞利用缓解技术的基本原理及绕过方法,具体技术细节则…

    2014年11月12日
    2.4K
  • XenAccess介绍

    1.Xen虚拟平台 Xen Hypervisor 位于操作系统与硬件之间,为其上层运行的操作系统内核提供虚拟化的硬件环境。Xen采用混合模式(Hybrid Model),因此在Xe…

    2014年10月21日
    1.6K
  • 图嵌入-GraphSAGE

    现在大多数方法都是直推式学习, 不能直接泛化到未知节点。这些方法是在一个固定的图上直接学习每个节点embedding,但是大多情况图是会演化的,当网络结构改变以及新节点的出现,直推…

    2020年7月6日
    1.8K
  • Ajax技术

      Ajax技术是创建交互式网页应用的网页开发技术,无需重新加载整个网页的情况下,能够更新部分网页的技术。Ajax 的特点在于异步交互,动态更新 web 页面,因此它的适用范围是交…

    学术报告 2017年11月11日
    1.2K
  • 归一化流在表格数据生成中的应用

    归一化流(Normalizing Flows)是一类生成模型,它利用一系列可逆变换将简单分布映射为复杂数据分布,具有精确计算概率密度的能力。在表格数据生成领域,归一化流的应用对于理…

    2024年4月17日
    1.7K
  • 深度神经网络中的后门攻击

    深度神经网络在图像识别、语音处理以及机器翻译等领域具有良好的预测性能,但是由于深度神经网络对决策结果可解释性的缺乏以及解决训练开销而寻求的外包训练的安全难以有效保证,都导致深度神经…

    2020年12月7日
    2.1K
  • 并查集算法及其在约束传递中的应用

    <img src="https://www.isclab.org.cn/wp-content/uploads/2015/06/41.png" alt=&q…

    2015年6月15日
    1.1K