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    四种聚类方法之比较

    聚类分析是一种重要的人类行为,早在孩提时代,一个人就通过不断改进下意识中的聚类模式来学会如何区分猫狗、动物植物。目前在许多领域都得到了广泛的研究和成功的应用,如用于模式识别、数据分析、图像处理、市场研究、客户分割、Web文档分类等[1]。  聚类就是按照某个特定标准(如距离准则)把一个数据集分割成不同的类或簇,使得同一个簇内的数据对象的相似性尽可能大,同时不在同一个簇中的数据对象的差异性也尽可能地大。即聚类后同一类的数据尽可能聚集到一起,不同数据尽量分离。  聚类技术[2]正在蓬勃发展,对此有贡献的研究领域包括数据挖掘、统计学、机器学习、空间数据库技术、生物学以及市场营销等。各种聚类方法也被不断提出和改进,而不同的方法适合于不同类型的数据,因此对各种聚类方法、聚类效果的比较成为值得研究的课题。 1 聚类算法的分类  目前,有大量的聚类算法[3]。而对于具体应用,聚类算法的选择取决于数据的类型、聚类的目的。如果聚类分析被用作描述或探查的工具,可以对同样的数据尝试多种算法,以发现数据可能揭示的结果。  主要的聚类算法可以划分为如下几类:划分方法、层次方法、基于密度的方法、基于网格的方法以及基于模型的方法[4-6]。  每一类中都存在着得到广泛应用的算法,例如:划分方法中的k-means[7]聚类算法、层次方法中的凝聚型层次聚类算法[8]、基于模型方法中的神经网络[9]聚类算法等。  目前,聚类问题的研究不仅仅局限于上述的硬聚类,即每一个数据只能被归为一类,模糊聚类[10]也是聚类分析中研究较为广泛的一个分支。模糊聚类通过隶 属函数来确定每个数据隶属于各个簇的程度,而不是将一个数据对象硬性地归类到某一簇中。目前已有很多关于模糊聚类的算法被提出,如著名的FCM算法等。  本文主要对k-means聚类算法、凝聚型层次聚类算法、神经网络聚类算法之SOM,以及模糊聚类的FCM算法通过通用测试数据集进行聚类效果的比较和分析。 2 四种常用聚类算法研究 2.1 k-means聚类算法  k-means是划分方法中较经典的聚类算法之一。由于该算法的效率高,所以在对大规模数据进行聚类时被广泛应用。目前,许多算法均围绕着该算法进行扩展和改进。  k-means算法以k为参数,把n个对象分成k个簇,使簇内具有较高的相似度,而簇间的相似度较低。k-means算法的处理过程如下:首先,随机地 选择k个对象,每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心;对剩余的每个对象,根据其与各簇中心的距离,将它赋给最近的簇;然后重新计算每个簇的平均值。 这个过程不断重复,直到准则函数收敛。通常,采用平方误差准则,其定义如下:

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    讨论k值以及初始聚类中心对聚类结果的影响_K均值聚类需要标准化数据吗

    摘要:进入二十一世纪以来,科学技术的不断发展,使得数据挖掘技术得到了学者越来越多的关注。数据挖掘是指从数据库中发现隐含在大量数据中的新颖的、潜在的有用信息和规则的过程,是一种处理数据库数据的知识发现。数据挖掘一种新兴的交叉的学科技术,涉及了模式识别、数据库、统计学、机器学习和人工智能等多个领撤分类、聚类、关联规则是数据挖掘技术几个主要的研究领域。在数据挖掘的几个主要研究领域中,聚类是其中一个重要研究领域,对它进行深入研究不仅有着重要的理论意义,而且有着重要的应用价值。聚类分析是基于物以类聚的思想,将数据划分成不同的类,同一个类中的数据对象彼此相似,而不同类中的数据对象的相似度较低,彼此相异。目前,聚类分析已经广泛地应用于数据分析、图像处理以及市场研究等。传统的K均值聚类算法(K-Means)是一种典型的基于划分的聚类算法,该聚类算法的最大的优点就是操作简单,并且K均值聚类算法的可伸缩性较好,可以适用于大规模的数据集。但是K均值聚类算法最主要的缺陷就是:它存在着初始聚类个数必须事先设定以及初始质心的选择也具有随机性等缺陷,造成聚类结果往往会陷入局部最优解。论文在对现有聚类算法进行详细的分析和总结基础上,针对K均值聚类算法随机选取初始聚类中也的不足之处,探讨了一种改进的选取初始聚类中心算法。对初始聚类中心进行选取,然后根据初始聚类中也不断迭代聚类。改进的聚类算法根据一定的原则选择初始聚类中心,避免了K均值聚类算法随机选取聚类中心的缺点,从而避免了聚类陷入局部最小解,实验表明,改进的聚类算法能够提高聚类的稳定性与准确率。

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    帕金森病患者脑电时空微状态分析

    《本文同步发布于“脑之说”微信公众号,欢迎搜索关注~~》 1.研究背景    由于缺少可以参考的生理指标,帕金森病(Parkinson’s disease, PD)的临床诊断非常困难,特别是在疾病的早期。早期PD无药物患者以运动功能受损、认知能力下降等临床症状为特征,这些症状是由大脑动态活动功能障碍引起的。PD患者早期非药物状态下的脑功能障碍指标可能为PD早期诊断及后期治疗提供有价值的依据,为了寻找PD脑功能障碍的时空特征标志,研究人员采用静息状态脑电图微状态分析,在亚秒时间尺度上对23例无药物治疗的PD患者与23例健康对照者的全脑短暂稳定状态进行了比较。脑电图微状态反映了短暂稳定的具有时空特征的脑拓扑结构,而空间特征的微状态分类和时间参数为了解PD患者的脑功能活动提供了依据。为了进一步探讨时间微状态参数与显著临床症状之间的关系,以确定这些参数能否作为临床辅助诊断的依据,研究人员采用一般线性模型(general linear model, GLM)来探讨微状态参数与临床量表及多个患者属性的相关性,并采用Wilcoxon秩和检验来量化影响因素与微状态参数之间的线性关系。 2、方法 2.1被试    纳入天津医科大学总医院精神科23例患者(15例女性,年龄60-74岁,平均67岁;8男:年龄65-75岁,平均68岁)。    9例患者以运动迟缓为首发症状,14例为静息性震颤。所有患者均被诊断为原发性PD,病程3.2±2.5年,所有患者均在无药效学效应(即无药物作用)情况下,为收集脑电图数据而停药超过12 h,没有患者出现头部震颤。此外,23名年龄和性别匹配的健康参与者(12名女性:年龄范围60-70岁,平均年龄65岁;11名男性:年龄60-74岁,平均66岁)无神经或精神病史为对照组。表1描述了纳入患者的详细信息。

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