Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data

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出版者:Cambridge Univ Pr
作者:Kogan, Jacob
出品人:
页数:222
译者:
出版时间:2006.11
价格:$ 45.20
装帧:Pap
isbn号码:9780521617932
丛书系列:
图书标签:
  • 机器学习
  • 数据挖掘
  • Clustering
  • Data Mining
  • Machine Learning
  • High Dimensional Data
  • Large Datasets
  • Algorithms
  • Statistical Modeling
  • Pattern Recognition
  • Data Analysis
  • Computational Intelligence
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具体描述

Contents:

1. Introduction and motivation;

2. Quadratic k-means algorithm;

3. BIRCH;

4. Spherical k-means algorithm;

5. Linear algebra techniques;

6. Information-theoretic clustering;

7. Clustering with optimization techniques;

8. k-means clustering with divergence;

9. Assessment of clustering results;

10. Appendix: Optimization and Linear Algebra Background;

11. Solutions to selected problems.

引言 当面对海量且高维的数据时,我们常常会发现其中隐藏着错综复杂的模式和结构。这些数据,无论是来自社交网络、基因组学研究,还是金融市场的海量交易记录,都以惊人的速度增长,并且维度日益增加。如何有效地从这些庞杂的信息中提炼出有价值的洞察,成为当今数据科学领域的一项重大挑战。传统的聚类方法在处理这类数据时往往显得力不从心,它们可能会面临计算效率低下、内存限制以及在高维空间中“维度诅咒”等问题。 本书旨在为读者提供一套系统而全面的理解和应用聚类技术来应对大规模、高维度数据的指导。我们深入探讨了在这些极端条件下,聚类分析所面临的独特挑战,并着重介绍了旨在克服这些挑战的创新算法和技术。我们将从基础概念出发,逐步构建起理解高级聚类方法的理论框架,并提供实用的实现建议。 核心内容概述 本书将围绕以下几个核心主题展开,力求为读者提供一个深入且实用的学习体验: 第一部分:聚类分析基础与挑战 1. 聚类分析导论: 我们将从聚类分析的基本定义、目标和重要性入手,阐述它在数据挖掘、模式识别、机器学习等领域的核心作用。读者将理解聚类是如何帮助我们发现数据中的自然分组,以及这些分组如何用于理解数据、预测行为或指导决策。 2. 度量与相似性: 聚类算法的核心在于如何衡量数据点之间的相似性。我们将深入探讨各种常用的距离度量(如欧氏距离、曼哈顿距离、余弦相似度、Jaccard相似度等)及其适用场景。此外,我们还将讨论如何为高维数据选择或设计合适的相似性度量,以避免传统度量在高维空间中失效的问题。 3. 经典聚类算法回顾: 在深入探讨大规模高维数据聚类之前,我们将快速回顾一些经典的聚类算法,例如K-Means、层次聚类(Agglomerative和Divisive)以及DBSCAN。通过分析这些算法在处理小规模、低维度数据时的表现,为理解它们在高维或大规模数据中遇到的局限性奠定基础。 4. 大规模与高维度数据带来的挑战: 这一部分是本书的重点之一。我们将详细剖析“维度诅咒”(Curse of Dimensionality)在高维数据聚类中的体现,包括距离度量失效、计算复杂度爆炸以及模型过拟合等问题。同时,我们还将讨论大规模数据带来的计算效率和内存限制等挑战。 第二部分:针对大规模高维度数据的聚类策略 1. 维度约减技术: 在对高维数据进行聚类之前,有效的维度约减是至关重要的。我们将介绍多种常用的维度约减方法,包括: 特征选择: 探讨基于过滤(filter)、包裹(wrapper)和嵌入(embedded)方法的特征选择技术,如何识别并保留对聚类最有贡献的特征。 特征提取: 深入讲解主成分分析(PCA)和奇异值分解(SVD)等线性降维技术,以及t-SNE、UMAP等非线性降维技术,并讨论它们在高维聚类中的应用和注意事项。 2. 近似与采样技术: 鉴于大规模数据无法一次性载入内存进行计算,我们将介绍多种近似算法和采样策略,以提高聚类效率: 数据采样: 讨论随机采样、分层采样以及基于密度的采样方法,如何通过代表性样本来近似整个数据集。 算法近似: 介绍能够处理大数据集的近似聚类算法,例如Mini-Batch K-Means,以及基于Sketching和Streaming方法的聚类技术。 3. 高维数据特有的聚类算法: 本部分将重点介绍专门为高维数据设计的聚类算法,或者对现有算法进行改进以适应高维环境: 基于密度的聚类在高维空间: 探讨DBSCAN等算法在高维数据中的变种和优化,如何适应高维空间中数据稀疏的特点。 谱聚类(Spectral Clustering)的扩展: 介绍谱聚类在高维数据中的应用,以及如何利用降维技术或近似方法来处理大规模谱聚类。 子空间聚类(Subspace Clustering): 详细讲解如何发现数据在不同子空间中的局部聚类,这对于理解具有多重模式的高维数据至关重要。我们将介绍诸如CLIQUE、PROCLUS等经典算法,以及它们在高维数据中的变种。 稀疏表示与聚类: 探讨如何利用稀疏表示来捕捉高维数据中的关键信息,以及如何基于稀疏性进行聚类。 4. 大数据集上的聚类框架与并行化: 对于处理TB甚至PB级别的数据,我们需要更强大的计算框架。我们将介绍: 分布式聚类: 探讨如何在Hadoop、Spark等分布式计算平台上实现聚类算法,以及 MapReduce 或 Spark Core 的工作原理如何应用于聚类任务。 并行化策略: 介绍在多核CPU或GPU上并行化聚类算法的技术,以加速计算过程。 第三部分:评估、可视化与实际应用 1. 聚类结果评估: 如何评价聚类算法的好坏?我们将介绍内部评估指标(如轮廓系数、Calinski-Harabasz指数)和外部评估指标(如ARI、NMI),并讨论在没有先验知识的情况下如何选择合适的评估方法。 2. 聚类结果可视化: 即使经过降维,在高维空间中可视化聚类结果仍然具有挑战性。我们将介绍有效的可视化技术,包括降维后的二维/三维散点图、热力图以及交互式可视化工具,帮助我们理解聚类结构。 3. 实际应用案例: 本部分将通过一系列精心挑选的实际案例,展示聚类技术在大规模高维数据分析中的威力。案例将涵盖但不限于: 生物信息学: 基因表达数据分析、蛋白质功能分类。 文本挖掘: 文档主题模型、用户评论情感分析。 图像与视频分析: 图像检索、视频内容分段。 金融领域: 客户细分、欺诈检测。 社交网络分析: 用户群体发现、社区检测。 目标读者 本书适合具有一定编程基础(如Python、R)和机器学习背景的读者,包括数据科学家、机器学习工程师、研究人员以及任何对大规模高维度数据聚类感兴趣的专业人士。对于在学术界或工业界面临此类数据挑战的开发者和研究人员,本书将提供宝贵的理论知识和实践指导。 结语 在数据洪流时代,掌握有效的聚类技术是解锁数据价值的关键。本书将引领您穿越大规模高维度数据的迷宫,为您提供一套坚实的理论基础和丰富的实践工具,使您能够自信地应对这些挑战,并从中挖掘出深刻的洞察。通过系统学习本书内容,您将能够开发出更强大、更具扩展性的聚类解决方案,从而在您的数据分析工作中取得突破。

作者简介

Department of Mathematics and Statistics

University of Maryland Baltimore County

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的名字,《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》,让我充满了好奇和期待。作为一名长期与数据打交道的研究者,我深知在大规模和高维数据环境中进行聚类分析所面临的巨大挑战。传统的聚类算法,在面对海量样本时,计算效率低下,内存消耗巨大;而在处理高维数据时,又常常受到“维度灾难”的影响,即在高维空间中,数据点之间的距离变得相似,使得簇的区分变得困难,并且容易过拟合。因此,我非常期待这本书能够为我提供一套系统性的方法和实用的技术,来应对这些棘手的问题。我推测书中会详细介绍一些能够有效处理大规模数据集的聚类算法,例如基于分布式计算框架(如Spark、Hadoop)的聚类算法,或者采用近似计算和随机化技术的聚类方法,以提高计算效率。同时,对于高维数据,我希望书中能够深入探讨各种降维技术,包括线性降维(如PCA)和非线性降维(如t-SNE、UMAP),并解释它们如何在高维空间中保留数据的局部和全局结构,从而facilitate clustering。我特别关注书中是否会讨论一些能够处理高维稀疏数据或具有复杂拓扑结构的数据的聚类模型,例如基于图的聚类算法或者能够捕捉局部邻域信息的密度聚类算法。我希望这本书能够提供清晰的理论解释,并辅以实际的算法实现和案例分析,从而帮助我更有效地从海量高维数据中发现有意义的模式和群体。

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这本书的名字听起来就很有分量,"Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data",光是这几个关键词就能勾起我作为一名数据科学家对它的无限遐想。我尤其对“Large Data”和“High Dimensional Data”这两个部分感到兴奋。我们日常工作中经常会遇到这样的挑战,数据量庞大到普通的方法难以招架,维度高到让人眼花缭乱,特征之间的关联错综复杂,传统聚类算法在这种场景下往往表现乏力,要么效率低下,要么结果失真。所以,我期待这本书能够深入浅出地讲解,如何有效地处理这些棘手的“大数据”和“高维数据”,并且能提供一些实际可行的算法和技术。我猜想,书中可能会涉及一些分布式计算框架,比如Hadoop或者Spark,来解决大规模数据处理的效率问题,同时也会介绍一些降维技术,比如PCA、t-SNE或者UMAP,来应对高维数据的挑战。我非常好奇它会如何权衡效率和准确性,以及如何在牺牲一定精度的情况下获得可接受的结果。此外,对于“Clustering”这个核心概念,我希望能看到它在这些复杂场景下的独特应用和发展,而不是仅仅停留在K-means或DBSCAN这些基础算法的介绍上。书中是否会探讨一些新的、更具扩展性的聚类模型,或者对现有模型进行优化以适应大数据和高维数据的特性?我对这一点充满期待。我希望这本书能够提供一些理论基础的扎实讲解,同时也能结合实际案例,展示这些理论是如何在实际问题中得到应用的。毕竟,光有理论是不足以解决实际问题的,而有实践指导的理论才是最有价值的。这本书的名字本身就带着一种解决现实世界难题的承诺,而我正是带着这样的期待来翻阅它。

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《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这个书名,在我看来,简直是为我们这些长期在数据海洋中搏斗的研究者和工程师量身定做的。我经常会碰到这样的困境:一方面,数据的增长速度之快,让我们应接不暇;另一方面,数据的维度之高,又如同给我们的分析工具戴上了厚厚的枷锁。传统的聚类算法,例如K-means,虽然经典且易于理解,但在面对海量的高维数据时,其计算效率低下、容易陷入局部最优以及在高维空间中性能衰减的问题尤为突出。因此,我非常期待这本书能够提供一些更为先进、更具扩展性的聚类技术。我猜想,书中会深入探讨一些能够有效处理大规模数据的分布式聚类算法,比如基于MapReduce或Spark框架实现的聚类,它们能够将计算任务分解并分发到多个节点上并行执行,从而显著提高处理速度。同时,对于高维数据,我希望书中能介绍一些能够有效处理“维度灾难”问题的技术,比如基于稀疏表示的聚类方法,或者利用核方法(kernel methods)来映射数据到高维空间以发现非线性结构。我还对书中关于如何在大规模高维数据中进行有效的特征选择和降维的技术抱有浓厚的兴趣,因为这些预处理步骤往往对聚类结果的质量至关重要。更进一步,我希望这本书能够提供一些关于如何根据具体应用场景选择最合适的聚类算法的指导,以及如何评估和解释在高维大规模数据集上获得的聚类结果。这本书能否成为我解决实际大数据分析难题的“利器”,我拭目以待。

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这本《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》在我眼中,不仅仅是一本介绍聚类算法的书籍,更像是开启数据洞察力新篇章的一把钥匙。我在工作中经常会遇到这样的情境:海量的数据如同一片汪洋大海,里面蕴藏着无数的模式和关联,而数据本身的维度之高,又像是给这片海洋笼罩了一层迷雾,使得我们难以窥探其深处的奥秘。传统的方法,往往在这种挑战面前显得力不从心,要么需要耗费巨大的计算资源和时间,要么就会得到一些杂乱无章、难以解读的结果。因此,我非常期待这本书能够为我提供一套系统性的方法论,来有效地驾驭这些复杂的“大”而“高”的数据。我推测,书中必然会深入探讨“维度灾难”的成因以及各种应对策略,比如通过降维技术(如主成分分析、独立成分分析、t-分布随机邻域嵌入等)来压缩数据,或者采用一些能够处理高维稀疏数据的聚类模型。同时,对于“大规模数据”的处理,我猜想书中会介绍一些基于采样、流式处理(streaming algorithms)或者分布式计算(如MapReduce、Spark)的聚类算法,它们能够在有限的资源下,快速地从海量数据中提取有用的信息。这本书是否能提供一种“度量”和“评估”在高维大规模数据集上聚类结果的方法,也是我非常关注的。在高维空间中,距离的定义和聚类质量的衡量都变得更加复杂,我希望书中能给出清晰的指导。我期待这本书能够让我对如何在复杂数据中发现有意义的模式,拥有更深刻的理解和更强大的能力。

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当我看到《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这个书名时,我的思绪立即被拉到了我经常面临的实际工作场景。想象一下,一个电子商务平台,每天产生数十亿次的点击流数据,用户行为轨迹的记录维度高达数百甚至上千,如何从中找出有相似购买意向的用户群体,进行精准营销?又或者,一个基因组学实验室,收集了成千上万个样本的基因表达数据,每个样本又有数万个基因的表达量,如何发现具有相似基因表达模式的样本群,以识别潜在的疾病亚型?这些都是典型的“大规模”和“高维”数据场景。我期待这本书能够提供一套系统性的解决方案,来应对这些挑战。我猜测书中会详细介绍一些能够处理非常大数量样本的聚类算法,这些算法可能采用了并行计算、分布式存储或者流式处理技术,以应对内存和计算能力的瓶颈。同时,对于高维数据的处理,我希望书中能深入探讨如何在保留数据信息的同时,降低数据的维度,例如通过流形学习(manifold learning)技术,或者利用深度学习的嵌入(embedding)方法来学习数据的低维表示。我尤其关注书中是否会讨论一些能够处理混合类型数据(numeric and categorical)的聚类算法,因为在实际应用中,数据往往是混合的。此外,我希望书中能够提供一些关于如何评估和验证在高维大规模数据集上获得的聚类结果的指南,因为在这种情况下,传统的评估指标可能需要进行调整或扩展。我渴望这本书能成为我在处理复杂数据问题时,一本既有理论深度又有实践指导意义的宝典。

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我怀揣着对数据挖掘领域最前沿方法的强烈好奇,翻开了这本《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》。我一直以来都对聚类分析在理解复杂数据结构方面的强大能力深感着迷,而随着数据规模的爆炸式增长以及测量技术的进步,我们越来越频繁地接触到那些既庞大又冗余的“肥胖”数据集。这让我迫切地需要一套能够应对这些挑战的工具箱,而这本书的名字正是向我发出了邀请。我猜想,它会在理论层面深入剖析现有聚类算法在高维和大规模数据环境下的局限性,例如计算复杂度、内存限制以及“维度灾难”等问题。然后,我非常期待它能在此基础上,提出或者介绍一系列创新的解决方案。这些解决方案可能包括但不限于:针对大规模数据设计的并行化或分布式聚类算法,能够更有效地利用多核处理器或集群资源;针对高维数据提出的特征选择、特征提取或投影方法,以减少数据的冗余度,保留最重要的信息;甚至是全新的、专门为应对高维大规模数据而设计的聚类模型,它们可能在算法设计上就考虑到了规模和维度的影响,而不是简单地将现有算法进行改造。我尤其希望看到书中能够强调算法的可扩展性(scalability)和鲁棒性(robustness),因为在大规模高维数据上,这些性能指标往往比在小规模低维数据上更加关键。这本书是否会提供代码实现或者伪代码示例,来帮助读者理解和应用这些先进技术,这一点也让我非常关心。我希望它能成为我解决实际业务问题时,一座不可或缺的理论和实践的桥梁。

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我对《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这本书的期待,源自于我对数据分析中“信息过载”这一普遍现象的深刻体验。当数据量达到PB级别,特征维度达到数万甚至数十万时,我们面对的挑战不再是单纯的算法效率问题,而是如何从海量噪声中提炼出微弱的信号,如何在高维空间中找到有意义的簇。这本书的名字精准地抓住了问题的核心,我希望它能为我提供一套全面而实用的解决方案。我预感书中会详细介绍一些针对大规模数据设计的近似聚类算法,这些算法能够在可接受的时间内,提供接近最优解的结果。同时,对于高维数据,我期待书中能深入探讨如何有效地处理特征之间的相关性,或者如何在降维的同时最大程度地保留簇结构的完整性。这可能涉及到一些基于图论的聚类方法,或者利用深度学习的表征学习能力来提取数据的内在低维结构。此外,我希望书中能够讨论如何处理不确定性和模糊性,在高维大规模数据中,精确的簇边界往往难以定义,而一些模糊聚类或概率模型可能更为适用。我非常好奇书中是否会包含一些关于聚类结果解释性和可视化的技术,因为在高维空间中,直观地理解和展示聚类结果是一项巨大的挑战。这本书如果能在这方面有所建树,那对我来说将是巨大的福音。我期待它能帮助我解决实际工作中遇到的棘手问题,并从中获得启迪,不断提升我的数据分析能力。

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《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这个书名,在我看来,是一道指向数据科学前沿的灯塔。我长久以来都对如何从纷繁复杂的数据中发现隐藏的规律和结构感到着迷,而“大规模”和“高维”这两个词,正是当今数据领域最令人兴奋也最具挑战性的关键词。传统的聚类算法,在面对海量数据时,往往会因为计算复杂度而望而却步,而在高维空间中,它们的性能又会受到“维度灾难”的严重影响,簇的边界变得模糊不清,相似度度量也变得困难。因此,我非常期待这本书能够为我揭示处理这些挑战的奥秘。我猜测书中会深入剖析现有聚类算法在高维大规模数据上的局限性,并在此基础上介绍一系列创新的解决方案。这些解决方案可能包括高效的采样技术,用于近似计算大规模数据集的聚类;或者利用降维技术,如非负矩阵分解(NMF)、t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)等,将数据映射到低维空间,以便于应用经典的聚类算法;甚至可能介绍一些专门为高维稀疏数据设计的聚类模型。我特别关注书中是否会探讨一些能够处理非欧几里得距离度量或复杂数据结构的聚类方法,例如基于图的聚类或基于密度的方法,它们在高维空间中可能表现出更好的鲁棒性。我希望这本书能够提供清晰的理论阐述和实用的算法指导,帮助我应对实际工作中遇到的棘手数据问题,并从中获得启发,不断提升自己的数据挖掘能力。

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《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这个书名,在我看来,简直就是现代数据分析领域的一份“操作手册”。我经常在实际工作中体会到,随着数据量的爆炸式增长以及我们观测手段的进步,我们拥有的数据集越来越庞大,维度也越来越高。在这种情况下,传统的聚类算法,例如K-means,往往会因为计算的巨大开销而难以有效运行,或者因为“维度灾难”而失效。因此,我迫切地希望这本书能够为我提供一套全新的视角和一套行之有效的解决方案,来应对这些挑战。我猜想,书中会详细介绍一些专门为处理大规模数据而设计的聚类算法,这些算法可能会采用分布式计算、流式处理或者采样技术来克服计算和内存的限制。同时,对于高维数据的处理,我非常期待书中能够深入探讨各种降维技术,如主成分分析(PCA)、独立成分分析(ICA)、t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)等,并解释它们如何在保留重要信息的同时,减少数据的维度,以便于后续的聚类分析。更进一步,我希望书中能够介绍一些能够直接处理高维数据的聚类模型,它们可能利用稀疏表示、核方法或者深度学习的表征学习能力来发现数据中的簇结构。我非常关心书中是否会提供关于如何在高维大规模数据集上评估聚类结果质量的指导,以及如何处理数据的不确定性和噪声。这本书能否帮助我更清晰地认识到在大规模高维数据中进行聚类分析的难点,并为我提供实用的工具和方法,是我最为期待的。

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我被《Introduction To Clustering Large And High Dimensional Data》这个书名深深吸引,因为它直接触及了我工作中遇到的核心挑战。如今,我们生活在一个数据爆炸的时代,信息的体量如同指数级增长,而我们能够捕捉到的数据维度也在不断攀升。这使得传统的聚类方法,如K-means或层次聚类,在面对这些“大”而“高”的数据集时,常常显得捉襟见肘,效率低下,甚至可能因为“维度灾难”而给出误导性的结果。因此,我非常渴望这本书能够为我提供一套行之有效的解决方案。我预想书中会详细介绍一些专门为处理大规模数据而设计的聚类算法,这些算法可能会利用并行计算、分布式存储或者随机投影等技术来提高效率。同时,对于高维数据的处理,我期待书中能够深入探讨各种降维技术,例如主成分分析(PCA)、独立成分分析(ICA)或者t-SNE等,并解释它们在高维聚类中的作用和局限性。我更希望看到书中能够介绍一些能够同时兼顾大规模和高维特性的新型聚类模型,它们可能融合了深度学习、图模型等先进技术,能够更有效地从复杂数据中挖掘出有意义的模式。此外,我非常关心书中是否会讨论如何处理数据的不完整性或噪声,因为在大规模高维数据中,这些问题往往更为普遍。这本书能否帮助我更深入地理解聚类算法在高复杂数据环境下的工作原理,并为我提供解决实际问题的思路和方法,是我最为期待的。

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