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模糊聚類分析的常用分類方法

在數據分類中,常用的分類方法有多元統計中的系統聚類法和模糊聚類分析。在模糊聚類分析中,首先要計算模糊相似矩陣,不同的模糊相似矩陣會產生不同的分類結果。即使使用相同的模糊相似矩陣,不同的閾值也會產生不同的分類結果。“如何確定這些分類的有效性”成為模糊聚類的關鍵。

識別研究中的壹個重要問題,文獻將有效性不理想歸因於數據集的幾何結構不理想。但筆者認為,不同的幾何結構反映的是實際需要,不能排除實際需要,追求所謂的“理想幾何結構”。不能令人滿意的分類不應歸因於數據集的幾何結構。對於同壹模糊相似矩陣,文獻建立了壹種確定模糊聚類有效性的方法。選擇不同分類的f檢驗臨界值與f檢驗臨界值之間的最大差值,就是有效的分類。但是,當顯著性水平發生變化時,該方法的結果也會發生變化。文獻中引入了壹種模糊劃分來評價模糊聚類的有效性,並人為規定當兩個類別大於1時,可以合並兩個類別,通過逐次合並最終得到有效的分類。這種方法人為幹預較多,指定數不同時會得到不同的結果。在經典的聚類分析方法中,樣本集X可以通過經典的等價關系進行聚類。設R是X上的壹個經典等價關系,對於X中的兩個元素X和Y,如果xRy或(X,y)∈R,X和Y將組合成壹類,否則X和Y不屬於同壹類。

相應地,X上的模糊等價關系可以用來對樣本集X進行聚類,設它是X上的模糊等價關系及其隸屬函數。對於任意α ∈ 0,1,α-截關系Sα定義為x上的經典等價關系,根據Sα得到x的壹個簇,稱為α水平的簇。

使用這種方法,分類的結果與α的值有關。α值越大,劃分的類別越多。當α小於某個值時,X中的所有樣本被分組為壹類。這種方法的優點是可以根據實際需要選擇α的值,以得到合適的分類。

系統聚類法的步驟如下:

①用數字描述樣品的特性。設聚類樣本集為X={x1,…,xn}。每個樣本有P種特征,記為xi=(xi1,…,Xip);i=1,2,…,n;xip表示描述樣本Xi的第p個特征的數字。②相似系數Rij(0≤Rij≤1;I,j=1,…,n).Rij描述了樣品xi和xj之間的差異或相似程度。rij越接近1,樣本xi和xj之間的差異越小。rij越接近0,xi和xj之間的差異越大。Rij可以用主觀評價或集體評價來定義,也可以用公式來計算,如夾角余弦法、最小最大值法、算術平均最小值法等。

因為RII = 1(xi和它本身沒有區別),RIJ = RJI(Xi和xj的區別相當於xj和Xi的區別),所以X上的模糊相似關系可以從rij(i,j=1,…,n)得到。

壹般來說,r是不可傳遞的,所以r不壹定是x上的模糊等價關系。

(3)利用合成運算R=R?R(或者R=R?r等。)求模糊等價關系S=R(或R等。)最接近相似關系R..如果r已經是模糊等價關系,那麽取s = r。

④選擇壹個合適的水平α(0≤α≤1 ),得到X的壹個聚類..逐步聚類法是壹種基於模糊劃分的模糊聚類分析方法。預先確定要分類的樣本分為幾類,然後根據最優化原理重新分類,反復叠代直到分類合理。

在分類的過程中,可以認為壹個樣本屬於某壹類的某個隸屬度,屬於另壹類的另壹個隸屬度。這樣,樣本就不會明確地屬於某壹類別或不屬於某壹類別。若樣本集中有n個樣本要分成C類,其模糊劃分矩陣為c×n模糊劃分矩陣,具有以下特征:① uij ∈ 0,1;i=1,…,c;j=1,…,n .(2)即每個樣本屬於所有種類的隸屬度之和為1。(3)即每壹種模糊子集都不是空集。