聚类分析算法概览:从统计到生物信息学的广泛应用

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"这篇文章是关于聚类分析的综合概述,主要涵盖了聚类算法的各种类型、应用领域以及相关的重要概念,如亲和力度量和聚类验证。它出自IEEE Transactions on Neural Networks,由Rui Xu和Donald Wunsch II撰写,讨论了在统计学、计算机科学和机器学习等领域中的聚类技术,并通过基准数据集、旅行商问题和生物信息学等实例展示了聚类的应用。文章还涉及了自适应共振理论(ART)、神经网络和自组织特征映射(SOFM)等相关主题。" 聚类分析是一种无监督学习方法,用于在没有先验知识的情况下对数据进行分组,以便发现数据的内在结构和模式。文章介绍了多种聚类算法,这些算法在不同的社区中被广泛研究和发展,包括但不限于K-means、层次聚类、DBSCAN(基于密度的聚类)、谱聚类和BIRCH(大规模数据的边界包容树聚类)。每种算法都有其独特的优点和适用场景,例如K-means适合处理凸形状的簇,而DBSCAN则能够识别任意形状的簇。 文章中,作者讨论了聚类算法在实际问题中的应用,如旅行商问题,这是一个经典的优化问题,聚类可以帮助减少路径规划的复杂性。生物信息学是另一个重要的应用领域,聚类分析被用来揭示基因表达数据的模式,帮助科学家理解生物系统的复杂性。 亲和力度量是聚类算法中的关键组成部分,用于量化数据点之间的相似性或距离。选择合适的亲和力度量对于聚类结果的质量至关重要,常见的有欧氏距离、曼哈顿距离和余弦相似度等。文章也提到了聚类验证的重要性,这是评估聚类结果是否有效的一种方法,包括内部验证(如Calinski-Harabasz指数和Davies-Bouldin指数)和外部验证(如基于已知类别标签的评价)。 此外,文章还探讨了神经网络在聚类分析中的作用,如自适应共振理论(ART)和自组织特征映射(SOFM),这两者都是神经网络模型,能够自适应地学习和组织输入数据的结构。 这篇综述提供了聚类分析的全面视角,对于理解和选择适合特定任务的聚类算法具有很高的参考价值,同时对聚类相关领域的最新进展进行了总结,对研究者和实践者都极具指导意义。