基于量子行為的微粒群優(yōu)化算法的數(shù)據(jù)聚類

摘要：在PSO聚類算法的基礎(chǔ)上，提出了基于量子行為的微粒群優(yōu)化算法（QPSO）的數(shù)據(jù)聚類。QPSO算法不僅參數(shù)個數(shù)少、隨機(jī)性強(qiáng)，并且能覆蓋所有解空間，保證算法的全局收斂。PSO與QPSO算法的不同在于聚類中心的進(jìn)化上，實(shí)驗中用到四個數(shù)據(jù)集比較的結(jié)果，證明了QPSO優(yōu)于PSO聚類方法。在聚類過程中使用了一種新的度量代替Euclidean標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗證明了新的度量方法比Euclidean標(biāo)準(zhǔn)更具有健壯性，聚類的結(jié)果更精確。

關(guān)鍵詞： 聚類；基于量子行為的微粒群優(yōu)化算法；新的度量

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-3695(2007)11-0049-03

聚類是一個將數(shù)據(jù)集劃分為若干組（class）或類（cluster）的過程，并使得同一組內(nèi)的數(shù)據(jù)對象具有較高的相似度，而不同組中的數(shù)據(jù)對象是不相似的。它是一種無監(jiān)督的模式識別問題。許多領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、圖像分割、統(tǒng)計學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)都使用了聚類算法。

相似或不相似的描述是基于數(shù)據(jù)描述屬性的取值來確定的，通常就是利用（各對象間）距離來進(jìn)行表示的。傳統(tǒng)的聚類方法如C－均值聚類、模糊C－均值聚類（FCM）在聚類過程中根據(jù)Euclidean距離，但是基于這類距離的聚類方法一般只能發(fā)現(xiàn)具有類似大小和密度的圖形或球狀聚類。所以在下面的聚類過程中將使用一種新的距離度量[1]。這種新的度量比經(jīng)常使用的Euclidean標(biāo)準(zhǔn)更具有健壯性。基于新的度量標(biāo)準(zhǔn)，本文提出了一種新的聚類方法——基于量子行為的微粒群優(yōu)化算法（QPSO）的聚類方法[2，3]。這種聚類方法能保證粒子群的全局收斂，優(yōu)于PSO算法的性能，具有較強(qiáng)的健壯性，并且在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中能容忍經(jīng)常發(fā)生的情況。

首先考慮目標(biāo)函數(shù)，對四個數(shù)據(jù)集來說，QPSO目標(biāo)函數(shù)的平均值最小，其性能最好。QPSO比PSO聚類方法穩(wěn)定。

其次，考慮聚類之間的距離，其值越大越好，QPSO對iris、DATASET4，其聚類之間的偏差比較大。

最后，考慮聚類內(nèi)部的距離。它表明了一個聚類內(nèi)部的每個數(shù)據(jù)向量與聚類中心的偏離，其值越小越好。QPSO對iris、wine、breast cancer來說，保證了聚類內(nèi)部比較緊密。

5結(jié)束語

本文在一種新的距離度量上，提出了一種新的聚類方法——QPSO聚類方法。通過實(shí)驗，表明了新的度量具有較強(qiáng)的健壯性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的基于QPSO算法的聚類性能優(yōu)于PSO聚類方法，并且總體來說基于QPSO算法形成的聚類之間的距離比較大，聚類內(nèi)部的距離比較小。通過QPSO聚類算法對圖像進(jìn)行的分割效果是非常令人滿意的，相似的像素聚到了同一個類中。由于獲取的RGB圖像分辨率低，它的灰度級強(qiáng)度可能會位于內(nèi)部和外部范圍的邊界上，造成相似的像素屬于不同的小立方體，但是這種概率是非常低的。

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