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基于KD-Tree的快速DBSCAN算法及其最近邻搜索方法

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简介:
本研究提出了一种基于KD-Tree优化的快速DBSCAN算法及高效最近邻搜索策略,显著提升了聚类效率与准确度。 基于密度的带噪声应用程序空间聚类(DBSCAN)采用快速dbscan算法,并通过Kd-tree进行最近邻居搜索。调用方式如下: 设置参数: - double eps = 0.02 ; // 搜索半径 - int minPts = 1 ; // 最小点数 创建Dbscan对象: ```java Dbscan dbscan = new Dbscan<>(eps, minPts); ``` 准备待聚类的数据实例列表: ```java List instances = new LinkedList<>(); instances.add(new Instance(new double[]{120.1, 30.2}, new Object[]{1, 2, 3})); // 更多数据实例添加方式相同,此处省略。 ``` 以上是基于DBSCAN算法的快速调用示例。

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  • KD-TreeDBSCAN
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    本研究提出了一种基于KD-Tree优化的快速DBSCAN算法及高效最近邻搜索策略,显著提升了聚类效率与准确度。 基于密度的带噪声应用程序空间聚类(DBSCAN)采用快速dbscan算法,并通过Kd-tree进行最近邻居搜索。调用方式如下: 设置参数: - double eps = 0.02 ; // 搜索半径 - int minPts = 1 ; // 最小点数 创建Dbscan对象: ```java Dbscan dbscan = new Dbscan<>(eps, minPts); ``` 准备待聚类的数据实例列表: ```java List instances = new LinkedList<>(); instances.add(new Instance(new double[]{120.1, 30.2}, new Object[]{1, 2, 3})); // 更多数据实例添加方式相同,此处省略。 ``` 以上是基于DBSCAN算法的快速调用示例。
  • Kd Tree(MATLAB)下K
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    本文章介绍了在MATLAB环境下使用KD树实现K近邻算法的方法与优化技巧,适用于数据挖掘和机器学习领域中的分类问题。 Kd树(K-dimensional Tree)是一种在高维空间中的数据组织与检索结构,在机器学习及计算机图形学领域内广泛应用。该名称源自它作为“k”维度中的一种层次化数据构造体。“k”代表了空间的维度,而此树类型通过不断将原始数据集分割成低维超矩形(例如在二维下为矩形、三维时为立方体)来构建。Kd树的主要功能在于快速执行近邻搜索任务,如K-Nearest Neighbors(KNN)算法。 K最近邻居法是一种简单的监督学习方法,适用于分类与回归问题解决。对于分类问题而言,新样本通过其在训练集中的最接近的“k”个邻居来预测类别归属;这里依据的是多数投票原则。而在回归任务中,则是用这“k”近邻值的平均数作为该点的新估计值。KNN算法的优点在于它的理论基础清晰且无需进行模型训练,但其缺点也很明显:计算量大、处理未知类别的效率低以及容易受到噪声和异常值的影响。 构建一个Kd树通常涉及以下步骤: 1. 选定一维用于划分数据集,并可采用方差最大法或维度顺序递增的方法。 2. 对于所选的分割轴,将整个数据集合进行排序处理。 3. 利用中间点创建当前节点位置并生成包含该点的超矩形区域。 4. 按照上述步骤重复操作以构建左子树和右子树,直到每个分组为空或仅含单一元素为止。 Kd树支持快速执行近邻搜索算法的大致流程如下: 1. 从根节点开始,比较新样本坐标与当前节点的值,并根据分割轴决定向哪一侧移动。 2. 在每次访问时记录距离最近的新点及其“k”个邻居并更新最短距离。 3. 达到叶子结点后收集该位置的数据继续在相邻子树中搜索。 4. 完成所有可能近邻的遍历之后,返回“k”个最近样本。 通常,在MATLAB环境中,`Kd_tree_create.m`函数用于生成Kd树结构;它接受高维数据集作为输入,并输出代表该树的数据。另一个名为`Kd_tree_search_knn.m`的函数执行基于已构建好的Kd树和给定的新点进行近邻搜索的任务。此外,还有可能包含一个如`Kd_Tree_Example.m`这样的示例脚本段落件用于演示如何使用这些核心功能。 具体应用步骤如下: 1. 加载并预处理数据集。 2. 使用`Kd_tree_create.m`函数生成相应的Kd树结构。 3. 利用上一步得到的树模型和新样本点执行近邻预测任务。 4. 根据实际情况调节“k”值来观察不同结果的影响。 5. 通过运行如示例脚本等工具加深理解并进一步优化性能。 总而言之,相对于简单的线性搜索方法,在处理高维数据时Kd树能显著提升效率。借助MATLAB强大的计算能力,Kd树成为解决KNN问题的有效手段之一。然而需要注意的是,对于小规模或低维度的数据集而言,使用该结构可能不会带来明显的速度改进,并且引入的复杂度可能会削弱其潜在优势。
  • C#中构建KDK实现
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    本文章介绍了在C#编程语言环境下,如何高效地构造KD树,并基于此数据结构实现了高效的K近邻搜索算法。通过该方法可以有效处理多维空间中的分类与回归问题,在机器学习和计算机视觉等领域具有广泛应用价值。 使用C#实现KD树的建立以及K近邻点搜索,并采用了BBF算法对K近邻搜索进行了优化。
  • Flann库使用手册
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    《Flann快速最近邻搜索库使用手册》旨在为开发者提供全面指导,帮助其高效利用FLANN库进行大规模数据集上的快速近似最近邻搜索。 Flann快速最近邻搜索库的手册提供了快速入门用法的介绍以及主要类和方法的详细讲解。手册帮助用户了解如何使用该库进行高效的最近邻搜索操作,并且包含了必要的示例代码,以方便新手上手实践。通过阅读手册,开发者可以掌握Flann的核心功能及其应用技巧,从而在实际项目中有效利用这一强大的工具来解决各种数据匹配和检索问题。
  • K(KNN):
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    K近邻(K-Nearest Neighbors, KNN)算法是一种基本的数据分类与回归方法,通过计算待分类样本与训练集中各点的距离,选取距离最近的K个邻居投票决定该样本的类别。 KNN(K近邻)算法是指每个样本由其最接近的k个邻居来代表。 用一句古语来说就是“物以类聚,人以群分”。例如一个人的朋友圈中有马云、王健林、李嘉诚等知名人士,那么这个人很可能也是这个圈子中的一员。同样地,一个爱好游戏的人的朋友圈里大部分也应该是玩游戏的;爱喝酒的人的朋友圈则多为爱喝酒之人。正如那句话所说,“臭味相投”。 最近邻算法是一种分类方法,在1968年由Cover和Hart提出,适用于字符识别、文本分类以及图像识别等领域。 该算法的基本思想是:一个样本如果与数据集中k个最相似的样本大多数属于同一类别,则认为这个样本也属于这一类。
  • DBSCAN利用KD-Trees:MATLAB开发实现
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    本项目采用MATLAB语言实现了基于KD-Trees优化的快速DBSCAN聚类算法。通过引入空间划分技术,有效提升了大规模数据集上的执行效率与性能表现。 该代码旨在快速在Matlab环境中运行。它能够在0.66秒内处理30k个本地化数据点,并且会在所有核心节点上调用函数expandcluster进行递归调用。此外,从Andrea Tagliasacchi的kd-trees实现中调用了两个关键函数:kdtree_build.m和kdtree_ball_query.m。此代码无需任何额外工具箱即可运行。 欢迎在GitHub存储库中提供有关如何改进该代码或其他问题的相关建议。
  • BF-KNN:GPU蛮力K
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    BF-KNN是一种专为GPU设计的高效蛮力K近邻搜索算法,适用于大规模数据集下的机器学习任务加速处理。 在GPU上进行蛮力k最近邻搜索(bf-knn)实现了一种方法,在GPU上并行查找许多查询中的k个最近邻居。这种方法利用了基本的GPU计算原语的进步。通过CUDA内核计算出查询和引用之间的平方欧几里德距离,该内核是基于库中矩阵乘法子例程修改而来的。选择最接近的邻居则是通过在排序与合并功能之上构建截断合并排序来完成的。相比最先进的方法,bf-knn运行更快并且能处理更大的输入数据集。 要下载并编译bf-knn演示,请执行以下命令: ``` git clone git@github.com:NVlabs/moderngpu.git git clone git@github.com:geomlab-ucd/bf-knn.git cd bf-knn nvcc -arch=sm_21 -I ../moderngpu/inc ```
  • Ataiya/KDTREE:支持、K-、范围球查询KD-Tree Mex库-MATLAB开发
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    Ataiya/KDTREE是一个为MATLAB设计的Mex库,提供高效的二维和三维空间中的最近邻搜索、K-最近邻搜索、范围查询以及球形区域查询功能。此库基于KD树算法实现,能够显著提高大数据集下的检索效率与性能。 kdtree 提供了 kd-tree 的简约实现。该实现既可以通过 MEX 调用在 MATLAB 内部使用,也可以作为独立工具直接从 C/C++ 程序中调用。此实现提供以下功能: - kdtree_build: 构造 kd 树 O(n log^2(n)) - kdtree_delete:释放由 kdtree 分配的内存 - kdtree_nearest_neighbor:最近邻查询(针对一个或多个点) - kdtree_k_nearest_neighbors:单个查询点的 KNN 查询 - kdtree_range_query:矩形范围查询 - kdtree_ball_query:查询与给定点的距离增量样本 重要说明:由于 Matlab 已经提供了一个 kdtree 实现,我对维护此代码失去了兴趣。
  • 改进KDKPython实现
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    本文章介绍了对传统KD树优化后的K近邻算法,并提供了该算法在Python中的具体实现方法。通过改进提升了搜索效率和准确性。 本段落提供了一个Python实现的基本KNN算法,并结合了KD树的构建与使用方法。在提取最近邻值的过程中采用了大顶堆技术。代码中的每个函数都有详细的注释,并附有一组测试数据,经过验证程序是完整且可用的。
  • 库FLANN
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    简介:FLANN(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)是一款高效的非精确最近邻搜索库,适用于大规模数据集,支持多种距离度量和算法选择。 FLANN库全称是Fast Library for Approximate Nearest Neighbors,它是目前最完整的近似最近邻开源库。