半监督学习中的半监督聚类算法详解(八) .pdf

半监督学习中的半监督聚类算法详解

一、介绍半监督学习

半监督学习是一种介于监督学习和无监督学习之间的学习方式。在监督学习

中，我们通过有标签的数据来训练模型，而在无监督学习中，我们则使用无标签的

数据。而半监督学习则是同时利用有标签和无标签的数据进行训练。半监督学习的

一个重要应用领域就是聚类。

二、聚类算法简介

聚类是一种无监督学习方法，通过对数据进行分组，使得同一组内的数据相

似度较高，不同组之间的数据相似度较低。传统的聚类算法包括K均值聚类、层次

聚类、DBSCAN等。然而，这些传统的聚类算法都是无监督学习方法，需要预先指

定聚类的数量，而且对初始聚类中心点的选择非常敏感。因此，半监督聚类算法的

出现填补了这些传统算法的不足。

三、半监督聚类算法

半监督聚类算法试图利用有标签的数据来引导无标签的数据的聚类过程。目

前比较流行的半监督聚类算法包括基于图的半监督聚类算法、基于分歧的半监督聚

类算法、基于生成模型的半监督聚类算法等。

基于图的半监督聚类算法是一种比较常见的方法。该算法将数据集表示为图

的形式，节点表示数据样本，边表示数据之间的相似度。然后利用有标签的数据给

图中的节点标注标签，通过标签传播的方式来推断无标签节点的标签。常见的基于

图的半监督聚类算法包括谱聚类、拉普拉斯聚类等。

基于分歧的半监督聚类算法则是通过在无标签数据上引入虚拟的标签，然后

利用这些虚拟标签来指导聚类过程。这种算法通常需要指定一个分歧度函数，用来

度量数据点之间的分歧程度。通过最小化总分歧来得到最优的聚类结果。

基于生成模型的半监督聚类算法则是基于生成式模型的方法，通过对数据的

生成过程进行建模，然后利用有标签的数据来指导模型的训练，最终得到对无标签

数据的聚类结果。

四、半监督聚类算法的优缺点

半监督聚类算法相比传统的无监督聚类算法具有一定的优势。首先，半监督

聚类可以利用有标签的数据来提升聚类的性能，尤其是在数据维度较高、样本数量

较少的情况下。其次，半监督聚类可以有效地处理噪声数据，因为有标签数据可以

帮助算法更好地识别和排除噪声。此外，半监督聚类还可以减轻对初始聚类中心的

敏感度，避免了传统聚类算法需要预先指定聚类数量的问题。

然而，半监督聚类算法也存在一些缺点。首先，半监督聚类需要大量的有标

签数据，而实际中有标签数据通常较少。其次，半监督聚类算法对参数的选择和调

优要求较高，不同的数据集和应用场景可能需要不同的参数设置。

五、总结

半监督学习在聚类算法中的应用为解决传统无监督聚类算法的不足提供了一

种有效的方法。通过利用有标签数据来引导无标签数据的聚类过程，半监督聚类算

法可以提升聚类性能，有效地处理噪声数据，并减轻对初始聚类中心的敏感度。然

而，半监督聚类算法也面临着有标签数据稀缺和参数选择的问题，需要在实际应用

中进行充分的考量和调优。希望未来能够有更多的研究和创新，进一步改进半监督

聚类算法的性能和稳定性。