基于密度的聚类

本文详细介绍了基于密度的聚类算法的核心概念,包括核心对象、直接密度可达、密度可达及聚类形成过程。此外,阐述了算法的优点,如对噪声的抗干扰能力以及能够发现任意形状的聚类,并讨论了其局限性。最后,提出了将搜索结果聚类并展示给用户的方法。
 

基于密度的聚类


定义:


1.      对于空间中的一个对象,如果它在给定半径e的邻域中的对象个数大于密度阀值MinPts,则该对象被称为核心对象,否则称为边界对象。

2.      如果p是一个核心对象,q属于p的邻域,那么称p直接密度可达q。

3.      如果存在一条链<p1,p2,…..,pi>,满足p1=p,pi=q,pi直接密度可达pi+1,则称p密度可达q。

4.      如果存在o,o密度可达q和p,则称p和q是密度连通

5.      由一个核心对象和其密度可达的所有对象构成一个聚类。

a为核心对象,b为边界对象,且a直接密度可达b,

但b直接密度可达a,因为b不是一个核心对象

c直接密度可达a,a直接密度可达b,所以c密度可达b,

同理b密度可达c,但b和c密度连通

 

DBSCAN从任一对象p开始,根据参数e和MinPts提取所有从p密度可达对象,得到一个聚类。

1.      从任一对象p开始。

a)        如果p是核心对象,则p和p直接密度可达的所有对象被标记为类i。递归p直接密度可达的所有对象qi(即用qi代替p回到第一步)。

b)        如果p是一个边界对象,那么p被标记为噪声。

2.      i++

3.      如果还有没被标记的对象,则从中任选一个作为p,回到第一步。

       

得到一个类,同样我们可以得到另一个类

优点:

1.      对噪声不敏感。

2.      能发现任意形状的聚类。

缺点:

1.      聚类的结果与参数有很大的关系。

2.      DBSCAN用固定参数识别聚类,但当聚类的稀疏程度不同时,相同的判定标准可能会破坏聚类的自然结构,即较稀的聚类会被划分为多个类或密度较大且离得较近的类会被合并成一个聚类

 

附:

专题思路:把搜下来的网页进行聚类,将聚类结果显示给用户,用户可以选择其中的一个类,标为关注,类的关键词作为主题,用户就可以跟踪这主题、了解主题的文章的情感(就是其它部分的功能)

 

 csdnID:tmgzb

### 基于密度的点云聚类算法概述 基于密度的点云聚类算法能够有效地处理具有不同形状和尺寸的簇,并能识别噪声点。这类算法的核心在于定义空间中的某个区域如果包含足够的点,则认为这些点属于同一个簇;反之,稀疏区域则被认为是分离的不同簇或者是噪声。 #### DBSCAN算法原理 DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise) 是一种典型的基于密度聚类算法[^1]。此算法不需要预先指定簇的数量,而是依赖两个重要参数来控制聚类过程: - **Eps**: 定义两点之间的最大距离,即邻域半径。 - **MinPts**: 邻域内最少需要含有的点数才能形成一个密集区。 对于每一个未访问过的点P,在其Eps范围内查找所有邻居N。如果|N| >= MinPts, 则创建一个新的簇并加入所有的核心对象及其直接密度可达的对象直到不再有新的成员可加为止。否则标记为边界点或噪音点。 ```cpp // C++伪代码展示DBSCAN部分逻辑 void expandCluster(Point p, Cluster &cluster, double eps, int minPts){ cluster.addPoint(p); vector<Point> seeds = regionQuery(p, eps); // 获取eps范围内的点集合 while (!seeds.empty()){ Point current_point = seeds.back(); seeds.pop_back(); if(!current_point.visited){ current_point.visited = true; vector<Point> neighbors = regionQuery(current_point, eps); if(neighbors.size() >= minPts){ for(auto& neighbor : neighbors){ if(!neighbor.isProcessed()){ seeds.push_back(neighbor); } if(!neighbor.getCluster().isValid()){ cluster.addPoint(neighbor); } } } } } } ``` #### OPTICS算法简介 除了DBSCAN之外,OPTICS (Ordering Points To Identify the Clustering Structure) 同样是重要的基于密度聚类方法之一[^3]。相比于前者,后者提供了更灵活的方式去发现复杂结构的数据分布特征。OPTICS并不立即生成具体的簇划分结果,而是在遍历过程中记录下每个点相对于其它点的距离信息(reachability distance),从而构建出一条反映全局密度特性的顺序链表。最终用户可以根据不同的阈值从这条链表上提取所需的簇形态。 ### 应用场景 在实际应用中,基于密度的点云聚类广泛应用于自动驾驶汽车感知环境建模、机器人导航避障规划等领域。例如,在LiDAR传感器获取到大量三维坐标数据之后,利用上述提到的方法可以帮助系统快速区分目标物体与其他背景要素,进而辅助决策层做出合理反应措施[^4]。
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