模式识别基本概念+聚类知识 模式识别笔记(一)

模式识别:机器自动识别(使机器具有抽象能力)

目的:用计算机对物理对象进行分类,在错误概率最小的情况下,使识别结果尽量与客观情况相符合

参照基准:人

识别方法:1.数据聚类 (K-means)

                     2. 统计分类(SVM等)

                     3. 结构模式识别(结构匹配,考虑识别对象各部分间关系,制定关系规则,句法识别)

                     4. 人工神经网络  (神经元,调节连接权重)

最基本方法:计算

数学化形式:Y=F(X)   X:特征;Y:标记 ;F:判别方法,

特征空间和解释空间之间的关系,成为假说

获得假说的方法:1. 监督学习(有已知训练,对未知测试)

                                2. 非监督学习(“物以类聚”,“亲疏有别”)

基本构成:数据量化——>预处理(去燥)——>特征提取和选择——>分类器设计/分类决策

测量空间:量化后的原始数据组成的空间

特征空间:分类识别赖以进行的空间

模式表示:维数较高的测量空间——>维数较低的特征空间

                                               聚类

依据:模式样本相似度 

适用:样本较少,且典型性好

1、关键:选取合适的特征(为降低复杂度,去掉相关度较高的特征,降维处理)

      降维方法:相关性系数衡量

     相关系数:

     协方差:Cov(X,Y)=E{[X-E(X)][Y-E(Y)]}

     方差:Var[X]=1/N(x-E(x))^2

     r 越大,相关性越强,r=1,完全正相关

2. 对选取特征进行数字化(连续量化或离散量化)

3.模式相似度测度和聚类准则

相似度测度

  1) 欧氏距离     

  2) 马氏距离D^2=(x-m)^T*C^-1*(x-m)       注:m均值,C协方差矩阵

  3)一般化的明氏距离(欧氏为特殊的)

  4)角度相似性函数 (求余弦值)具有旋转平移不变性

准则:试探方法和聚类准则函数法

   1)试探方法:直观感觉或经验,设置测度阈值,根据相似度测度值聚类(类别由少到多)

      (1)临近相似度试探方法(类似西瓜书中的P213,密度聚类)

       优点:计算简单,有先验的情况下,选取正确阈值和起始点(选点主观随机),

        缺点:实际中对样本要求太高,一般很少用

        影响因素:初始点位置 ;阈值大小 ;样本比较次序 : 样本分布几何性质

        (2)最大最小距离算法

            以试探类间欧氏距离为最大作为预选出聚类中心的条件(确定一个点为聚类中心,再选离它最远的作为第二个聚类中心)

系统聚类法:样本按距离准则逐步分类,类别由多到少(初始每个样本都是一类)(类似西瓜书中P215层次聚类)

   2)聚类准则函数法:定义反应类别件相似度或分离性的函数,使样本和类别之间建立函数,转化为优化问题,求极值  

聚类准则函数法

注:公式图来自   https://wenku.baidu.com/view/49408dfb647d27284a735198.html

求J的最小时的聚类形式

类间距离判断:最短距离法(不同类离得最近的两个位置特征距)

                            最长距离法、中间距离法、重心法、类平均距离法

动态聚类法

K-means聚类算法(聚类中心向量由动态计算得来))

伪代码:

输入:样本即 X={x1,x2,...,xn};  聚类簇数k;

过程:

从X中随机选定k个样本作为初始均值向量

repeat

    for i=1,2...,m do

       计算xi到每个均值向量的距离;

       根据最小距离,放入该簇中;

    end 

    for j=1,2...,k do

         计算每个簇的均值向量;

     end

     until 每个簇均值不再变化;

输出 当前簇

  聚类评价

1.  聚类中心之间的距离(越大越好)    

2. 聚类域中的样本数目(可参考排除噪声点)   

3. 聚类域内样本的距离方差(方差要较小)

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