模式识别与人工智能
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模式识别与人工智能  2021, Vol. 34 Issue (1): 14-24    DOI: 10.16451/j.cnki.issn1003-6059.202101002
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深度多网络嵌入聚类
陈锐1,2,3, 唐永强2, 张彩霞1,3, 张文生2, 郝志峰1
1.佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院 佛山 528225
2.中国科学院自动化研究所 精密感知与控制研究中心 北京 100190
3.广东省工程技术研究中心 广东省智慧城市基础设施健康监测与评估工程技术研究中心 佛山 528000
Deep Multi-network Embedded Clustering
CHEN Rui1,2,3, TANG Yongqiang2, ZHANG Caixia1,3, ZHANG Wensheng2, HAO Zhifeng1
1. School of Mechatronic Engineering and Automation, Foshan University, Foshan 528225
2. Research Center of Precision Sensing and Control, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190
3. Guangdong Province Smart City Infrastructure Health Monitoring and Evaluation Engineering Technology Research Center, Guangdong Engineering Technology Research Center, Foshan 528000

全文: PDF (1195 KB)   HTML (1 KB) 
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摘要 现有的深度无监督聚类方法通常局限于单网络结构设计,无法充分利用多种异构网络提取特征中蕴含的互补信息,制约深度聚类方法性能的进一步提升.为此,文中提出深度多网络嵌入聚类算法(DMNEC).首先,以端到端的方式预训练多个异构网络分支,获取各网络的初始化参数.在此基础上,定义多网络软分配,借助多网络辅助目标分布建立面向聚类的KL散度损失.与此同时,利用样本重建损失对预训练阶段的解码网络进行微调,保留数据的局部结构性质,避免特征空间发生扭曲.通过随机梯度下降与反向传播优化重建损失与聚类损失的加权和,联合学习多网络表征及其簇分配.在4个公开图像数据集上的实验验证文中算法的优越性.
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作者相关文章
陈锐
唐永强
张彩霞
张文生
郝志峰
关键词 深度无监督聚类数据表征多网络分支互补信息局部结构保留    
Abstract:Existing deep unsupervised clustering methods cannot make full use of the complementary information between the extracted features of different network structures due to the single network structure in them, and thus the clustering performance is restricted. A deep multi-network embedded clustering(DMNEC) algorithm is proposed to solve this problem. Firstly, the initialization parameters of each network are obtained by pretraining multi-network branches in an end-to-end manner. On this basis, the multi-network soft assignment is defined, then the clustering-oriented Kullback-Leibler divergence loss is established with the help of the multi-network auxiliary target distribution. The decoding network in the pretraining stage is finetuned via reconstruction loss to preserve the local structure and avoid the distortion of feature space. The weighted sum of reconstruction loss and clustering loss is optimized by stochastic gradient descent(SGD) and back propagation(BP) to jointly learn multi-network representation and cluster assignment. Experiments on four public image datasets demonstrate the superiority of the proposed algorithm.
Key wordsDeep Unsupervised Clustering    Data Representation    Multi-network Branches    Complementary Information    Local Structure Preservation   
收稿日期: 2020-09-02     
ZTFLH: TP 391  
基金资助:国家自然科学基金青年基金项目(No.61803087)、广东省教育厅特色创新项目(No.2019KTSCX192)、广东省基础与应用基础研究基金粤港澳应用数学中心项目(No.2020B1515310003)、佛山核心技术攻关项目(No.1920001001367)资助
通讯作者: 张彩霞,博士,教授,主要研究方向为人工智能、机器学习、数据挖掘.E-mail: zh_caixia@163.com.   
作者简介: 陈 锐,硕士研究生,主要研究方向为机器学习、数据挖掘、计算机视觉.E-mail:chenrui_1216@163.com.
唐永强,博士,助理研究员,主要研究方向为机器学习、数据挖掘、计算机视觉.E-mail:yongqiang.tang@ia.ac.cn.
张文生,博士,教授,主要研究方向为人工智能、机器学习、数据挖掘.E-mail:zhangwenshengia@hotmail.com.
郝志峰,博士,教授,主要研究方向为人工智能、机器学习、数据挖掘.E-mail: 2297278685@qq.com.
引用本文:   
陈锐, 唐永强, 张彩霞, 张文生, 郝志峰. 深度多网络嵌入聚类[J]. 模式识别与人工智能, 2021, 34(1): 14-24. CHEN Rui, TANG Yongqiang, ZHANG Caixia, ZHANG Wensheng, HAO Zhifeng. Deep Multi-network Embedded Clustering. , 2021, 34(1): 14-24.
链接本文:  
http://manu46.magtech.com.cn/Jweb_prai/CN/10.16451/j.cnki.issn1003-6059.202101002      或     http://manu46.magtech.com.cn/Jweb_prai/CN/Y2021/V34/I1/14
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