1.一种基于张量全局-局部保持投影的数据降维方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
1)输入待降维的样本集X={X1,X2,…,Xi,…,Xn},其中每个样本Xi具有二阶张量的结构K×J形式,即Xi∈R ,式中R表示实数域,K和J分别是样本的行维数和列维数;
2)计算各样本对(Xi,Xj)之间的距离d(Xi,Xj);
3)划分各样本点Xi的邻域Ω(Xi),得到其近邻点和非近邻点;
4)根据各样本对(Xi,Xj)之间的近邻和非近邻关系,分别计算权值Wij和式中||·||表示矩阵的Frobenius范数,参数σ为正实数,根据经验确定;利用权值Wij和 建立邻接权矩阵W和非邻接权矩阵
5)建立对应于数据局部结构保持的目标函数JTLocal(U,V):式中U∈RK×K1和V∈RJ×J1是投影矩阵,K1≤K,J1≤J,LV=DV–WV,LU=DU–WU,Dii = ΣjWij,建立对应于数据全局结构保持的目标函数JTGlobal(U,V):式 中
分别计算权系数η1和
η2:
式中ρ(·)是矩阵的谱半径,分别构造如下两个优化问题:式 中
IK、IJ、IK1和IJ1分别是维数为K、J、K1和J1的单位矩阵;
6)将步骤5)中的两个优化问题转换为两个广义特征值问题:MUv=λNUv (9)
MVu=λNVu (10)
迭代求解这两个问题分别得到一组特征向量v1,v2,…,vJ和u1,u2,…,uK,然后分别构建投影矩阵U和V;
7)利用投影矩阵U和V对数据样本集X进行投影得到低维数据Y={Y1,Y2,…,Yi,…,Yn},K1×J1其中Yi=UTXiV∈R 。
2.如权利要求1所述的一种基于张量全局-局部保持投影的数据降维方法,其特征在于:所述步骤2)中,样本对(Xi,Xj)之间的距离d(Xi,Xj)定义为:d(Xi,Xj)=||Xi-Xj||,式中||·||表示矩阵的Frobenius范数。
3.如权利要求1或2所述的一种基于张量全局-局部保持投影的数据降维方法,其特征在于:所述步骤3)中,样本点Xi的邻域Ω(Xi)用k近邻法定义,k近邻法定义的邻域为:Ω(Xi)={距离Xi最近的k个点},参数k是正实数,根据样本点Xi的邻域Ω(Xi)确定其近邻点和非近邻点的具体方法为:如果样本点Xj在Xi的邻域内,即Xj∈Ω(Xi),则Xj称为Xi的近邻点,否则Xj称为Xi的非近邻点。
4.如权利要求1或2所述的一种基于张量全局-局部保持投影的数据降维方法,其特征在于:所述步骤3)中,样本点Xi的邻域Ω(Xi)用ε近邻法定义,ε近邻法定义的邻域2
为:Ω(Xi)={X|||X-Xi|| <ε},参数ε是正实数,根据样本点Xi的邻域Ω(Xi)确定其近邻点和非近邻点的具体方法为:如果样本点Xj在Xi的邻域内,即Xj∈Ω(Xi),则Xj称为Xi的近邻点,否则Xj称为Xi的非近邻点。
5.如权利要求1或2所述的一种基于张量全局-局部保持投影的数据降维方法,其特征在于:所述步骤6)中,迭代求解式(9)和式(10)的具体步骤为:①设定需迭代计算的次数m;②记m=1,初定投影矩阵U为单位矩阵,计算得到MU和NU;③求取式(9)的特征向量v1,v2,…,vJ,并构成投影矩阵V=[v1,v2,…,vJ],计算得到MV和NV;④求取式(10)的特征向量u1,u2,…,uK,并更新投影矩阵U=[u1,u2,…,uK],计算得到MU和NU,返回步骤③,记m=m+1,重复步骤③和④直到迭代次数m达到预设值,最后得到的特征向量v1,v2,…,vJ和u1,u2,…,uK分别是式(9)和式(10)的解,最后,选取式(9)的前J1(J1≤J)个最小非零J×J1特征值所对应的特征向量v1,v2,…,vJ1构成投影矩阵V=[v1,v2,…,vJ1]∈R ;选取式(10)的前K1(K1≤K)个最小非零特征值所对应的特征向量u1,u2,…,uK1构成投影矩阵K×K1U=[u1,u2,…,uK1]∈R 。