自適應(yīng)空間聚類(lèi)方法研究.pdf

1、空間聚類(lèi)分析是地理空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)的主要研究?jī)?nèi)容之一,旨在發(fā)現(xiàn)潛在的空間實(shí)體分布模式以及探測(cè)空間異常?？臻g聚類(lèi)分析在天文學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、地圖學(xué)及公共衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。伴隨著實(shí)際應(yīng)用的深入,迫切需要發(fā)展具有良好自適應(yīng)性的空間聚類(lèi)方法,一方面可以自動(dòng)適應(yīng)空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜分布,如不同形態(tài)、不同密度的空間分布等;另一方面能夠便捷用戶操作,如需要設(shè)置較少的參數(shù)。為此,本文較為系統(tǒng)地研究了自適應(yīng)的空間聚類(lèi)分析方法,主要包

2、括:
　　 (1)從空間數(shù)據(jù)的基本特征與性質(zhì)出發(fā),分析了空間聚類(lèi)分析的研究特點(diǎn);進(jìn)而,對(duì)空間聚類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了明確的定義,建立了空間數(shù)據(jù)清理、空間聚類(lèi)趨勢(shì)分析、空間聚類(lèi)特征提取、空間聚類(lèi)算法設(shè)計(jì)及空間聚類(lèi)有效性評(píng)價(jià)等五個(gè)部分為核心的空間聚類(lèi)分析理論框架;最后對(duì)現(xiàn)有的空間聚類(lèi)算法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)與分析,對(duì)其適用范圍與性能進(jìn)行了歸納。
　　 (2)提出了基于場(chǎng)論的自適應(yīng)空間聚類(lèi)算法。本文從空間數(shù)據(jù)場(chǎng)的角度出發(fā),提出了一種適用

3、于空間聚類(lèi)的凝聚場(chǎng),并給出了一種新的空間聚類(lèi)相似性度量指標(biāo),即凝聚力。進(jìn)而,提出了一種基于場(chǎng)論的自適應(yīng)空間聚類(lèi)算法(簡(jiǎn)稱(chēng)FTASC)。該算法根據(jù)凝聚力的矢量計(jì)算獲取每個(gè)實(shí)體的鄰近實(shí)體,并通過(guò)遞歸搜索的策略,生成一系列不同的空間簇。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、經(jīng)典算法比較和實(shí)際應(yīng)用分析得出,本文提出的算法能夠發(fā)現(xiàn)任意形狀、密度變化的空間簇,且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)參數(shù)聚類(lèi)。
　　 (3)提出了基于Delaunay三角網(wǎng)的自適應(yīng)空間聚類(lèi)算法。借助Dela

4、unay三角網(wǎng)描述空間實(shí)體間鄰近關(guān)系,并采取由整體到局部的策略,構(gòu)造針對(duì)性的Delaunay邊長(zhǎng)約束準(zhǔn)則來(lái)發(fā)現(xiàn)空間聚集結(jié)構(gòu),提出了一種自適應(yīng)的空間聚類(lèi)算法(簡(jiǎn)稱(chēng)ASCDT)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與比較發(fā)現(xiàn),ASCDT算法可以自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的空間簇,且對(duì)噪聲點(diǎn)穩(wěn)健。在ASCDT的基礎(chǔ)上,顧及了空間聚類(lèi)過(guò)程中可能存在的空間障礙(如河流,山脈),并進(jìn)一步發(fā)展了一種顧及空間障礙的空間聚類(lèi)方法(簡(jiǎn)稱(chēng)ASCDT+)。
　　 (4)提出了基于圖論與密

5、度的混合空間聚類(lèi)算法。結(jié)合基于圖論與基于密度的空間聚類(lèi)算法的優(yōu)勢(shì),提出了一種顧及專(zhuān)題屬性的空間聚類(lèi)算法(簡(jiǎn)稱(chēng)HGDSC)。其主要思想為:首先借助基于圖論的空間聚類(lèi)方法思想針對(duì)復(fù)雜分布的空間數(shù)據(jù)集構(gòu)建實(shí)體間鄰近關(guān)系,進(jìn)一步借助改進(jìn)的基于密度的空間聚類(lèi)方法顧及專(zhuān)題屬性進(jìn)行聚類(lèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與比較證明,HGDSC算法不僅能夠適應(yīng)復(fù)雜的空間分布,而且可以同時(shí)顧及實(shí)體間專(zhuān)題屬性的相似性,需要人為的干預(yù)較少。
　　 (5)提出了基于力學(xué)思想

6、的空間聚類(lèi)有效性評(píng)價(jià)方法。首先,對(duì)較有代表性的空間聚類(lèi)有效性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行總結(jié)。進(jìn)而,借助于物理學(xué)中的力學(xué)思想,結(jié)合地理學(xué)基本規(guī)律,提出了一種基于力學(xué)思想的空間聚類(lèi)有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)(簡(jiǎn)稱(chēng)SCV)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較分析發(fā)現(xiàn),該指標(biāo)能夠更準(zhǔn)確、高效地對(duì)二維地理空間數(shù)據(jù)的聚類(lèi)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　 (6)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可視化空間聚類(lèi)分析軟件原型-EasyCluster V1.0。包括:空間數(shù)據(jù)清理,空間聚類(lèi)先驗(yàn)信息獲取,21種經(jīng)典及改