探索无监督学习：聚类、降维与特征提取

什么是无监督学习 无监督学习的类型 聚类 降维 异常检测 无监督学习的应用 客户细分 模式识别 欺诈检测

深度稀疏自动编码器（Deep Sparse Autoencoder, DSAE）是一种神经网络模型，用于学习数据的非线性表示，特别是在高维数据的降维和特征提取方面表现出色。在本场景中，我们使用MATLAB编程环境来实现这一技术，以处理节点相似度矩阵。 自动编码器（Autoencoder, AE）是无监督学习的一种，由编码器（Encoder）和解码器（Decoder）两部分组成。编码器将输入数据压缩为低维的隐藏表示，而解码器则尝试从这个隐藏表示重构原始输入。深度自动编码器具有多层隐藏层，可以捕获更复杂的非线性结构。 稀疏自动编码器（Sparse Autoencoder, SAE）引入了稀疏性约束，使得网络在学习过程中倾向于生成稀疏的隐藏层激活。这有助于学习到更有意义的特征，因为实际世界的数据往往具有稀疏的潜在结构。在MATLAB实现中，我们可能会使用L1范数惩罚项来鼓励隐藏单元的激活接近于零，从而实现稀疏编码。 在本案例中，输入数据是节点相似度矩阵，矩阵的维度与网络中的节点数量相同。通过深度稀疏自动编码器，我们可以对这个高维矩阵进行降维，提取出能够代表节点间关系的关键特征。 实现步骤包括：1. 数据预处理：将节点相似度矩阵转换为适合网络训练的格式。2. 构建网络结构：定义深度自动编码器的层数、每层的神经元数量以及稀疏度参数。3. 训练过程：使用反向传播算法更新网络权重，同时应用稀疏性约束。4. 特征提取：编码器的输出即为低维特征矩阵，可用于后续的分析或分类任务。5. 评估与调整：监控训练过程中的损失函数变化，根据需求调整网络结构和参数。 MATLAB代码中可能包含以下关键部分：- 初始化网络结构，包括权重和偏置。- 定义损失函数，如均方误差（MSE）加上L1正则化项。- 实现前向传播，计算隐藏层和输出层的激活。- 实现反向传播，计算权重更新。- 在每次迭代后更新稀疏性惩罚项。- 循环进行训练，直到满足停止条件。 通过这样的过程，我们可以利用深度稀疏自动编码器对节点相似度矩阵进行有效的降维，提取出能反映节点间关系的核心特征，这些特征不仅降低了数据复杂性，还有助于我们理解和解释高维数据的内在结构。

在本篇文章中，我们将专注于大数据Spark ML机器学习的核心内容，涵盖监督学习和无监督学习的关键方法。主要涉及以下几种算法： 1. 分类算法 分类算法在监督学习中应用广泛，如逻辑回归和决策树，适用于对数据进行类别标记并进行准确预测。 2. 回归算法 回归算法帮助我们在监督学习中构建精确的预测模型，例如线性回归和支持向量机，尤其适用于数值预测。 3. 聚类算法 在无监督学习中，聚类算法用于将数据点分成组，如K-means和层次聚类，适用于数据分组和发现隐藏模式。 4. 推荐算法 推荐算法广泛应用于个性化推荐系统，通过分析用户行为数据生成个性化推荐，如协同过滤算法。 5. 频繁模式挖掘算法 此类算法用于挖掘数据集中频繁出现的模式，比如关联规则挖掘，有助于发现数据的潜在关联性。 该文章将为您详细介绍这些算法在Spark ML中的应用，提供深入的实战案例。

Vanilla Temporal Pooling是由中国哈尔滨工业大学语音实验室的Jiqing Han和Shiwen Deng开发的一种音频信号无监督时序特征学习方法。该方法利用非线性支持向量回归(SVR)直接连接BoAW直方图序列与时间索引，有效地捕获任意持续时间的音频信号时间动态模型。此外，为了提升特征表示的信号重构能力，我们还嵌入了稀疏编码方法于传统的BoAW框架中。如果您对我们的研究感兴趣，请引用：@article{zhang:2018:temporal pooling, title={Unsupervised Temporal Feature Learning Based on Sparse Coding Embedded BoAW}, author={Liwen Zhang, Jiqing Han and Shiwen Deng}, conference={Interspeech}, year={2018}.

机器学习领域的研究者和从业者，这份半监督学习教程将为你揭开这一技术的奥秘，带你领略如何利用有限的标记数据和大量的未标记数据提升模型性能。

该工具允许从任何预训练的神经网络中提取图像特征，并提供功能：1. 数据加载和存储；2. 特征提取和规范化；3. 自定义模型特征管理。应用于机器学习和图像处理领域。

本研究利用VGG16卷积神经网络对微观结构图像进行特征提取，并结合M3C聚类算法实现无监督分类。 数据与方法: 本研究使用包含1925张图像的数据集，从中随机选取100张进行分析。 首先，利用预训练的VGG16网络提取图像特征，具体而言，使用第五个卷积层的输出，并进行平均池化以降低特征维度。 接着，使用M3C聚类算法对提取的特征进行聚类分析，确定最佳聚类数量。 最后，利用项目共识值识别高置信度和不明确的数据，用于后续半监督学习框架的训练。 数据共享: Python、R和Matlab之间的数据共享通过Excel文件实现。 所需软件包: Python: Keras, Numpy, Xlsxwriter, Xlrd, Sklearn, Seaborn, Matplotlib, copkmeans R: M3C, ConsensusClusterPlus Matlab: S4VM 代码使用: 将所有代码文件下载到同一文件夹，并在Python、R和Matlab中设置该文件夹为工作目录。 提供了一个包含预期输出结果的Excel文件，用于验证代码执行结果。

利用LASSO进行特征选择，并采用半监督方法训练K-最近邻、支持向量机、随机森林和神经网络之一。

空手道俱乐部（Karate Club）是一个无监督学习的扩展库，专注于图形数据。它集成了最先进的方法，可用于节点和图级别的网络嵌入技术，并提供各种重叠和不重叠的社区检测方法。该框架涵盖了广泛的网络科学、数据挖掘、人工智能和机器学习领域，适用于多个会议、研讨会和期刊。新引入的图分类数据集可从相关资源获取。如果空手道俱乐部及其数据集对您的研究有帮助，请考虑引用相关文献。