多信息融合的LPP算法

针对原始局部保持投影(LPP:Local Preserving Projection)算法难以准确获取非均匀高维数据的局部流形结构且未利用样本类别信息的缺陷,提出一种多信息融合的局部保持投影算法(MIF-LPP:Multi-Information Fusion Local Preserving Projection)。该算法使用改进后的标准欧氏距离获取样本的近邻和互邻信息,降低了样本点分布不均和不同维度数据量纲差异的影响。通过融合样本的类别信息构造权值矩阵,进而获得数据的低维本质流形。最后,分别在CWRU(Case Western Reserve University)数据集和本实验室轴承数据集上验证该算法的有效性。实验结果表明,MIF-LPP算法的特征提取性能明显优于其他算法,并且对邻域值具有鲁棒性。     

基于流形学习的网络数据流异常检测

将非线性流形学习应用于网络数据流的降维过程,基于局部保持投影(LPP)算法基本思想,提出基于类别信息的监督判别LPP(SDLPP)算法;与传统线性降维算法和传统流形学习算法的结果进行对比,以验证算法的准确性与稳定性;建立基于SDLPP算法的网络数据流异常检测系统实施模型。结果表明:SDLPP算法通过多目标优化,在保证局部保持投影同时实现类间距离最大与类内距离最小,在挖掘低维特征空间嵌入的同时提高了分类效果;非线性的流形学习算法能有效挖掘高维数据中的低维流形,保证了维数约减过程中的非线性结构;SDLPP算法能够生成显式投影映射,泛化性较好,时间复杂度低,更加适合网络数据流实时监测系统,并可应用于实际的网络数据流入侵检测模型。     

基于等距离映射的非线性动态故障检测方法

针对化工过程数据强非线性和动态性的特点,提出了一种基于动态等距离映射(Dynamic Isometric Mapping,DISOMAP)流形学习的非线性过程故障检测方法.该方法首先采用DISOMAP算法提取训练样本的子流形特征,自适应学习近邻点参数,保留了采样数据的流形结构,然后运用线性回归方法得到原空间和降维子流形空间的投影映射,从而将观测数据从原高维空间映射到低维嵌入空间,最后在变换后的低维空间构造统计量T2和SPE进行监控.TE过程的仿真结果表明,所提出的DISOMAP故障检测方法可以比核主元分析(Kernel Principle Component Analysis,KPCA)更为有效地监控过程变化,检测到故障的发生.     

正交流形保持投影方法

为克服保局投影的局限,在保局投影的基础上,提出正交流形保持投影方法.在保局投影目标函数中引入数据的非近邻信息,有效地保持数据的局部流形结构和全局流形结构;采用格拉姆-施密特正交化过程获取正交投影基向量,解决保局投影非正交问题.采用ORL和Yale人脸数据库中图像进行实验,实验结果验证了该方法的有效性.     

最大间距准则框架下的多流形局部图嵌入(MLGE/MMC)算法

主要针对局部图嵌入(Locally Graph Embedding,LGE)算法在训练样本偏少时进行特征提取,会产生识别精度不高情况,通过引入多流形思想,结合LGE和最大间距准则(Maximum Marginal Criterion,MMC)算法,提出了一种最新的特征提取算法——最大间距准则框架下的多流形局部图嵌入(Multi-Manifold Locally Graph Embedding Based on Maximum Marginal Criterion,MLGE/MMC)算法.首先,该算法将每幅图像分成多幅小图像,这一幅图像分成的这些小图像在高维空间中就构成一个流形,以此类推,多幅图像就构成了多流形;其次,通过最大化多流形类间距离,同时最小化流形类内距离来寻找最佳投影矩阵,即分别构建多流形类间散度矩阵和类内散度矩阵;最后,在MMC准则框架下构造目标函数,通过拉格朗日乘子法和迭代来解决约束条件下的优化问题.在ORL,Yale及AR人脸库上的实验,验证了所提算法的有效性.     

一种新的基于自组织映射的流形学习算法

针对自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)算法在进行流形学习时容易陷入局部极值和产生"拓扑缺陷"问题的原因,提出了一种新的基于SOM的流形学习算法:TO-SOM(Training Orderly-SOM).根据流形的局部欧氏性,TO-SOM算法从一个局部线性或近似线性的数据子集出发,按照数据的内在流形结构对其进行有序训练,可以避免局部极值、克服"拓扑缺陷".根据SOM算法的鲁棒性,TO-SOM算法在成功学习数据内在流形结构的同时,对邻域大小参数和噪声也不像ISOMAP和LLE等现有流形学习算法那样敏感,从而更容易得到实际应用.     

多邻域保持嵌入的人脸识别方法

现有流形学习算法在学习人脸数据时,假设所有数据点位于单一低维嵌入流形之上,当数据点实际分布在不同的流形上时,单流形假设就会影响数据真实空间结构。为此提出一种基于多邻域保持嵌入(multiple neighborhood preserving embedding,M-NPE)的学习算法来发现不同类别数据在不同维度的低维嵌入空间中分布的多流形结构。首先,单独学习不同类别数据的流形,得到反映其本质特征的流形;再通过遗传算法搜索每个流形的最优维数;最后依据最小重构误差分类器对样本分类。在Extended Yale B和CMU PIE这2个大型人脸库上实验结果验证了该算法的有效性。     

基于局部线性嵌入(LLE)非线性降维的多流形学习

为了研究多人脸多表情数据集的多流形学习问题,提出了一种基于局部线性嵌入(LLE)算法的多流形学习方法.对于分布在不同流形上的高维数据,该方法在降维的同时首先对数据集进行非监督的聚类,然后分析每一类数据的低维流形的本质维数以及流形空间的构成,聚类及流形空间的确定是通过对LLE降维的结果进行分析而完成的,计算复杂度小.在Cohn-Kanade人脸表情数据库上的表情识别实验表明,该方法在多人脸多表情流形的学习中优于基本的LLE算法,表情的识别率提高了20%～40%.     

框架为Petersen图的图式流形拓扑分类

提出了"梳子树"的概念,引入新的编码的方法来标记图的H-等价类代表系,研究图式流形的同胚等价类计数问题,得到了以Petersen图为框架的图式流形Μ(G)的H-等价类的个数是6个的新结果.     

基于局部线性嵌入的多流形学习故障诊断方法

故障样本具有复杂多样性,而不同故障类型存在于不同维数的多流形子空间中,将样本统一降维到同一维数的单流形上则不能进行高效的特征提取.提出了一种基于局部线性嵌入(Local Linear Embedding,LLE)的多流形学习(Multi-LLE)故障诊断方法,将单流形故障诊断方法扩展到多流形,首先利用Multi-LLE分别提取各故障数据集在其本征维数流形上的特征,再通过各特征向量的聚类中心与故障新样本在不同维数下的嵌入向量的距离比较,将距离最近者归为一类实现分类识别.利用转子实验故障数据对算法进行了验证,并将Multi-LLE方法与LLE和海赛局部线性嵌入(HLLE)方法进行了比较,结果表明该方法能够有效的实现故障诊断.     

基于拉普拉斯正则化概率主元分析的故障检测

概率主元分析(PPCA)及其扩展方法用于过程监测时,只提取了过程数据的全局特征,并未考虑数据的局部结构.当数据的流形结构复杂时,传统的全局建模方法难以获得准确的预测效果.提出了一种基于拉普拉斯正则化的概率主成分(LapPPCA)模型,将数据的流形结构引入到传统概率模型的似然函数中,使得LapPPCA能够同时提出数据的全局和局部特性.同时提出了基于LapPPCA的过程监测模型,并在田纳西-伊斯曼(TE)过程上验证了该方法的有效性.     

Memetic算法及其在分类中的应用研究

群体智能优化算法Memetic算法(Memetic Algorithm,MA)采用进化算法的操作流程,引入局部搜索算子,使其在问题的求解中保证较高收敛性能的同时又能获得较高质量的解,克服了遗传算法等传统全局优化算法易"早熟"的问题,同时避免陷入局部解。在MA框架基础上,提出了全局动态适应MA算法,采用遗传算法为全局搜索算子,k-means算法为局部搜索算子。使用Java语言实现算法并对UCI中分类实验数据集进行测试,结果表明,将遗传算法和k-means结合的全局动态适应MA在分类问题中具有较高准确率。     

边权相同的最小生成树改进算法

针对当赋权连通图中存在权值相同的多条边时,传统的Kruskal算法不能计算出全部的最小生成树,提出了求解最小生成树的改进算法.实验结果表明,改进算法可以得到一个赋权连通图的所有最小生成树,进而为决策者提供更全面的最优决策方案.     

基于集成核熵成分分析算法的工业过程故障检测

针对核熵成分分析算法(kernel entropy component analysis, KECA)为不同的故障选择相同的核参数影响检测效果的问题,提出了一种基于集成核熵成分分析(ensemble kernel entropy component analysis, EKECA)算法的工业过程故障检测方法。首先,选取一系列具有不同宽度参数的核函数将非线性数据投影到核特征空间,选取Rényi熵值贡献较大的特征值和特征向量,得到转换后的得分矩阵,建立多个KECA子模型;然后,将测试数据投影到各KECA子模型上,计算各KECA子模型的统计量,得到检测结果;最后,将各KECA子模型的检测结果利用Bayesian决策进行概率换算,利用集成学习法计算检测结果统一的统计量,判断其是否超出控制限,并将该算法应用于数值例子和TE过程。仿真结果表明,与传统的EKPCA,KECA等算法相比,所提方法有效提高了故障检测率,降低了误报率。新方法解决了传统KECA算法中不同故障核参数的选择问题,为提高KECA算法在非线性工业过程故障检测中的性能提供了参考。     

基于解析冗余关系理论的电力电子电路健康预测

讨论了电力电子电路中元器件级的健康预测。元器件级的剩余使用寿命是通过反推残差信号方法得到的。首先利用键合图建立系统的动态模型,得到全局解析冗余关系,通过故障特征矩阵进行故障检测与隔离;然后与元器件的退化模型相结合的方法,得到元器件相对应的残差退化曲线,从而获得元器件退化过程数据样本。根据元器件的等效电阻与残差的退化关系,结合故障阈值与失效值和极限学习机(extreme learning machine,ELM)算法可计算出元器件级的剩余使用时间。最后将该方法应用于典型电力电子电路Buck电路中,在20-sim软件和Matlab仿真环境中进行联合仿真,验证了此方法的有效性。     

基于DW-ICA-SVM的工业过程故障检测算法

为了有效提高支持向量机(SVM)算法的故障检测和监视性能,提出一种新的基于DW-ICA-SVM的工业过程故障检测算法.首先,对训练数据进行标准化,运用独立元分析(ICA)获取数据的独立元矩阵,提取隐藏的非高斯信息.其次,运用杜宾-瓦特森(Durbin-Watson,DW)准则计算独立元(ICs)的DW值,通过DW方法有...     

基于非负矩阵分解的流程工业过程监控方法

提出了一种新的基于非负矩阵分解(NMF)的过程监控方法.考虑到数据的某些局部特征能够包含许多重要信息,有助于对异常情况进行检测,将NMF引入工业过程监控领域,并详述了基于NMF的过程监控方法.基于TE过程的仿真实验验证了该方法的有效性.     

认知无线电网络中基于图着色的动态频谱分配

动态频谱分配是解决认知无线电网络中频谱资源利用率低下的有效手段.针对现有频谱分配中认知用户"饿死"这一难点问题,以最大化系统接入率为目标,提出一种基于图着色的动态频谱分配算法.构造了基于图着色模型的效能函数,通过动态更新可用矩阵完成有效的频谱分配.一系列仿真实验表明,所提算法获得了较高的系统接入率,兼顾了系统的吞吐量和公平性,具有比现有算法更优的性能.     

SLAM中融合形状上下文和随机步进的图匹配数据关联算法

提出了一种在非确定环境下求解SLAM数据关联问题的图匹配算法. 算法建立了SLAM中数据关联的图论模型,对图模型节点提取了不依赖位置信息的形状上下文特征(shape context,SC),最后通过二次加权随机步进算法(reweighted random walks,RRW)得到图匹配问题的优化解. RRW&SC图匹配算法充分利用了路标间的拓扑结构关系以及路标间的形状结构,极大地扩展了数据关联时所依据的几何信息量. 仿真实验结果表明,与传统算法相比,该算法能有效处理SLAM中噪声干扰增加、机器人迷失、路标被动态遮挡等不确定程度高、歧义性大环境中的数据关联.      

基于动态结构保持主元分析的故障检测方法

为充分利用表征过程运行工况的数据特征信息,提高化工过程的故障检测性能,提出一种基于动态结构保持主元分析(DSPPCA)的过程故障检测方法。首先对原始数据采用变量相关性分析建立自回归模型,构建包含动态特征的数据集,进一步综合考虑主元分析法(PCA)和局部线性嵌入(LLE)流形学习算法中数据点之间的近邻关系,融合得出新的目标函数,同时,运用局部线性回归的方法获得高维样本的嵌入映射,特征提取后在特征空间和残差空间分别构造监控统计量进行故障检测。Swiss-roll数据集的降维结果及TE过程的仿真研究结果表明,DSPPCA算法可以取得较好的特征提取效果,具有较高的故障检测性能。