改进的β-NMF在基因聚类中的应用

针对基因表达数据高维、高噪声等特点,提出了一种基于正交约束的负矩阵分解算法;该算法将正交约束引入到β散度矩阵分解的准则函数中进行优化求解,用梯度下降方法得出矩阵分解的乘积迭代规则,并利用分解项来降低特征空间的维度,将得到的向量用于K均值聚类;实验中选择5种肿瘤基因表达数据,实验结果表明:改进的算法分解所得矩阵在聚类效果上明显优于其他的方法.     

基于信息熵的NMF遥感图像解混算法

针对传统稀疏非负矩阵分解(NMF)解混方法仅考虑丰度矩阵中非零个数最少,没有考虑混合像元内端元的丰度分布具有不均匀性的这一问题,提出一种基于信息熵的NMF遥感图像解混算法.将端元的丰度值的大小看成是信息熵中的符号出现的概率,当端元等概率出现在混合像元中时各个丰度值大小相等,对应的实际地物等比例出现在混合像元中,此时信息熵最大,但是丰度稀疏性最低;当丰度分布最不均匀时,仅有一种地物类型出现,信息熵最小,此时丰度值的稀疏性最高,只有一个非零值,由此得出丰度稀疏性和信息熵有负相关的关系.在NMF解混算法的基础上,引入负信息熵来约束丰度矩阵,同时加入平滑限制来约束端元光谱矩阵.在模拟数据和真实数据上进行了结果测试.实验结果表明:相比传统的NMF解混算法和基于l2范数的NMF遥感图像解混算法,本方法能得到更好的解混效果.     

层次预处理的非负矩阵分解加权集成聚类算法

图像聚类是当前的研究热点，非负矩阵分解（non-negative matrix factorization, NMF）算法在图像聚类领域得到了广泛应用。但是单一的NMF算法无法应用于所有数据集，并且NMF算法直接在数据的原始空间进行处理，抗噪能力较差。集成聚类可以解决上述问题，集成聚类将若干个基础聚类结果合成一个一致性结果，不仅可以提高聚类的求解质量，还可以增强算法的鲁棒性。因此本文提出一种层次预处理的NMF加权集成聚类算法。该算法将层次划分、集成聚类和二部图的思想引入到NMF算法中。在预处理阶段，利用层次划分得到聚类数目。之后采用局部加权的方法得到协关联矩阵。最后利用基于二部图的一致性函数进行划分得到最终的聚类结果。在5个数据集上进行实验，验证了本文算法相对于传统算法和其他集成算法的有效性。     

L_(3/2)正则化图非负矩阵分解算法

基于图正则化非负矩阵分解算法(GNMF),提出一种基于凸光滑的L3/2范数正则化图非负矩阵分解算法.该算法用非负矩阵分解算法对数据进行低维非负分解时,根据流形学习的图框架理论,构建邻接矩阵保持数据局部几何结构,并对数据的低维表示特征进行凸光滑的L3/2范数稀疏性约束,在给出算法更新迭代规则的同时,从理论上证明了所给算法的收敛性.通过人脸数据库ORL、手写体数据库USPS和图像库COIL20的仿真实验表明,相对于非负矩阵分解算法及其基于稀疏表示的改进算法,所给算法均具有更高的聚类精度.     

学习一致相似度矩阵的图非负矩阵分解

非负矩阵分解(NMF)是一种有效的数据降维方法,广泛应用于图像聚类等领域.然而,NMF不能捕获数据固有的几何结构,所以基于图的非负矩阵分解被提出.基于图的算法大多使用K-近邻来构造相似度图.由于数据中的异常值和错误特征,直接构造图是不准确的.针对上述问题,提出了基于学习一致性相似度矩阵的图非负矩阵分解方法.该方法首先通...     

截断式鲁棒非负矩阵分解算法

非负矩阵分解算法(Nonnegative Matrix Factorization Algorithm,NMF)已经广泛地应用于诸多领域,但它容易受到异常点的影响.各种针对这个问题的改进方法中,使用L2,1范数的鲁棒非负矩阵算法(Robust Nonnegative Matrix Factorization Algorithm,RNMF)取得了较好的改进效果,但是该算法不能很好的适应数据集异常点比例的变化.针对这一缺点,提出了截断式鲁棒非负矩阵分解算法(Capped Robust Nonnegative Matrix Factorization Algorithm,CRNMF),将去噪比例ε值引入到目标函数中,降低异常点对整体算法的影响.该算法的主要步骤是:在矩阵分解迭代更新的每一步中,计算输入数据与分解因子重构值之间的误差,将误差大于预先设定参数值ε的数据点对应的误差截断为零,重复以上步骤直到收敛.通过ε截断操作,降低基矩阵F和系数矩阵G受异常点的影响.给出了CRNMF的算法描述,并且在模拟数据集和真实数据集进行了实验,实验表明提出的算法与传统的NMF和RNMF相比,可以在一定程度上提高聚类的准确度,减少了异常点对聚类准确度的影响,提高了算法的鲁棒性.     

处理核磁共振数据的一种改进非负矩阵分解算法

文章将非负矩阵分解算法（NMF）引入到核磁共振数据处理中,由于NMF对因子矩阵随机初始化会造成解不稳定的问题,论文中用系统聚类法对样本进行聚类,然后取其均值初始化基矩阵,最后进行乘性迭代找出最优解,根据系数矩阵获得最终的分类结果,找出影响其分类的变量．     

一种稀疏图正则化的非负低秩矩阵分解算法

非负矩阵分解方法(non-negative matrix factorization,NMF)广泛应用于图像聚类、计算机视觉、信息检索等领域。但是,现有的NMF方法还存在一些不足之处：①NMF方法直接在高维原始图像数据集上计算它的低维表示,而实际上原始图像数据集的有效信息常常隐藏在它的低秩结构中;②NMF方法还存在对噪声敏感以及鲁棒性差的缺点。为了提高NMF算法的鲁棒性和可解释性,提出一种稀疏图正则化的非负低秩矩阵分解算法(sparse graph regularized non-negative low-rank matrix factorization,SGNLMF)。通过低秩约束和图正则化,SGNLMF算法同时利用了数据的几何信息和有效低秩结构;此外,SGNLMF算法还对基矩阵加以稀疏约束,使得其鲁棒性和可解释性均有一定的提升。还提出了一种求解SGNLMF的迭代算法,并从理论上分析了该求解算法的收敛性。通过在ORL和YaleB数据库上的实验结果表明SGNLMF算法的有效性。     

一种基于粗糙均方残基的模糊双聚类方法

双聚类作为一种无监督的学习方法,其作用是对基因表达数据进行分析.为了获取较大容量的双聚类簇,弥补传统的双聚类方法在基因表达数据一致波动性方面的不足,引入粗糙集的上、下近似集概念,将粗糙集理论运用到模糊双聚类算法中,将粗糙上、下近似集与加权均方残差相结合,得到新的粗糙均方残基,进而提出一种基于粗糙均方残基的模糊双聚类算法.针对基因表达数据集,首先进行缺失值填补;其次,用非负矩阵分解算法对基因数据集进行降维;最后,计算数据矩阵的粗糙均方残基,结合综合评判度量函数与贴近度原则对矩阵的行列进行删除和添加,得到容量更大的双聚类结果.实验结果表明,该模糊双聚类算法是有效的.     

基于l_0数据保真项的图像增强算法

引入l_0范数重建传统的变分约束模型,得到基于l_0范数数据保真项的图像去雾霾算法模型(l_0-l_0).该模型将l_0范数作为正则项和数据保真项,充分利用l_0范数稀疏性的优点,对光滑图像有效逼近的同时保持了图像的几何特征不被破坏.结合图像层分离,把降质的图像分为基层和细节层,在图像基层进行动态范围调整,细节层进行细节操作.由于l_0范数不易求解,利用交替方向法将原问题转化为3个子问题,并分别对3个子问题进行求解.实验结果表明:相比于l_0-l_2图像修复的方法 ,该模型对图像增强更为有效,而且具有普遍适用性.     

双重约束非负矩阵分解与改进正交匹配追踪算法的语音增强

针对非负矩阵分解算法实现语音增强效果不理想的问题,提出了一种双重约束非负矩阵分解结合改进正交匹配追踪算法的语音增强方法.采用时间约束及稀疏度约束的双重约束方式改进非负矩阵分解算法,使得分解后的数据更能反映出语音特征.通过改进正交匹配追踪算法提升重构精度,并结合语音信号在时频域的分布特征,引入低通滤波器进一步平滑重构后的...     

基于块稀疏信号重构的高分辨率ISAR成像算法

为实现快速高分辨率逆合成孔径雷达(Inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像,充分利用目标的内在块稀疏结构信息,提出一种块平滑l_0范数稀疏重构ISAR成像算法.首先,将ISAR稀疏成像转化为块l_0范数的优化问题,采用一阶负指数函数趋近块l_0范数.其次,采用单循环步骤代替平滑l_0范数算法中的双循环结构,减小控制参数的间隔,实现对块稀疏信号的优化重构.该算法能够在块稀疏度未知时利用ISAR目标固有的内在结构特征进行高分辨率成像.仿真实验结果证实该算法的成像质量高且快于其它算法.     

一种新的聚类组合算法

提出一种新的基于非负矩阵分解(NMF)方法的聚类组合算法(NMFCCA).该算法首先采用K-均值算法作为基聚类器,然后使用NMF方法从基聚类器输出结果中提取数据对象的关键特征,最后在关键特征空间中划分数据对象,生成最终结果.在人工数据集和真实数据集上的实验表明,所提出的算法是有效可行的.     

二进制约束下的NMF方法及其应用

在普通非负矩阵分解(NMF)方法基础上提出了3个二进制约束非负矩阵分解(3bNMF)算法,对分解矩阵和恢复矩阵元素增加了二进制数的约束,从而更适合对二进制数据进行处理.分别给出了3bNMF算法在数字矩阵分解和有噪声情况下汉字偏旁部首提取中的应用实例,并与普通NMF方法所处理的结果进行了比较.     

一种改进的子空间聚类方法

目的:更好地揭示高维数据的子空间结构,提高子空间聚类性能。方法:对系数矩阵施加Frobenius范数约束,并使其与稀疏矩阵充分接近,建立新的子空间表示模型,利用系数矩阵构造相似度矩阵,最后利用谱聚类算法得到聚类结果。结果与结论:新模型能得到类间稀疏和类内聚集的系数矩阵,提高了聚类性能,且能快速实现。     

基于l_0范数的匹配场源定位方法

传统的匹配场处理方法存在分辨率低、抗噪性能差、不适用低快拍等问题.近年来出现了一类利用匹配场的空间稀疏性,将源定位转化为物理空间的稀疏重构的定位方法,能够实现高精度的匹配场定位.通常求解这些问题时是将l_0范数转换为l_1范数.虽然该方法能解决常规的NP-hard问题,在优化求解方面具有一定的优势,但是与直接通过l_0范数求解的方法相比,不能很好地描述空间稀疏特性,以至于难以充分体现和利用声场冗余字典的稀疏特点.因此,相比于传统的压缩感知算法,通过分析匹配场的空域稀疏特性,在学习平滑l_0范数重构算法的基础上,提出了基于平滑l_0范数的匹配场源定位方法.在分析了水下目标定位的稀疏数学模型的基础上,逐渐降低数值逼近参数的方式来得到数学模型的最优解,在保证高精度匹配场定位的同时,减少了运算的时间,提高了匹配场定位的效率.     

一种改进的谱聚类算法及其在基因表达谱分析中的应用

聚类分析是从基因表达谱数据中提取生物医学信息的主要方法之一.针对传统谱聚类算法无法确定聚类个数的问题,提出一种改进的谱聚类算法并将其应用于基因表达谱聚类分析.首先用基因表达谱数据构造Laplacian矩阵,经特征值分解后得到相应的特征值和特征向量,用谱隙来描述相邻特征值的差值;然后通过寻找谱隙序列的最大值来确定聚类个数;最后从单位化的特征向量着手实现数据类别的划分.通过模拟数据与癌症数据的实验,证明了该文算法的有效性.     

低秩张量分解的多视角谱聚类算法

针对传统多视角学习算法只关注从多视角中提取共享信息而忽略了各视角的特有信息和高阶关联的问题,提出了一种基于截断核范数的低秩张量分解的多视角谱聚类算法。计算各视角的样本相似度矩阵和转移概率矩阵,构建一个包含各视角马尔可夫转移概率矩阵的张量,从而保留各个视角的信息。采用基于张量奇异值分解的截断核范数约束目标张量的秩。通过最小化张量截断核范数,学习到一个既包含各个视角共享信息又具有高阶关联的张量。利用迭代最优化算法求解目标函数,将求得的目标张量输入谱聚类算法得到聚类结果。在4个不同类型数据集上进行实验并与传统聚类算法进行了对比,结果表明:所提算法在4个数据集上的标准互信息度量值比标准谱聚类算法的分别提高了7.9%、24.9%、29.5%、8.1%,比LT-MSC算法的分别提高了3.4%、18.1%、17.6%、6.6%。通过对非负平衡参数在0.000 1～100之间的测试发现,所提算法表现基本稳定,在非负平衡参数取0.1～1之间表现良好。与传统多视角聚类算法相比,所提算法可有效增强各视角之间的互补性和高阶关联,并且具有良好的准确性和鲁棒性。     

一种基于余弦函数和矩阵变换的谱聚类算法

为了实现快速谱聚类分析,设计了一种基于余弦函数和矩阵变换的谱聚类算法(CMTSC).CMTSC将余弦函数和矩阵变换技术融入到了谱聚类算法之中.利用余弦函数构造了相似度矩阵W,跳过了传统谱聚类算法中设置尺度因子的过程,随后利用矩阵变换技术实现了矩阵W的特征值分解,降低了分解的计算复杂度.在UCI数据库中部分数据集上的聚类实验和Berkeley图像库中部分图像上的分割实验,验证了CMTSC的有效性和高效性.     

非负矩阵因子分解用于中药GC/MS重叠峰解析

非负矩阵因子分解是对非负数据处理的一种多元统计分析方法.NMF分解结果没有“负值”,易于理解和解释,具有比较明确的物理化学意义.由于其多解的特征,文献介绍的NMF算法并不能直接用于化学混合信号解析.作者根据化学波谱的基本特征（化学波谱的平滑性、色谱的单峰性以及质谱的稀疏性）对NMF算法进行了改进,缩小了其多解范围.应用改进的NMF进行模拟HPLC-DAD型两维数据和苍术GC/MS实验数据解析,得到了比较理想的结果.