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개미 군락 시스템을 이용한 계층적 클러스터 분석
Ant Colony Hierarchical Cluster Analysis 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.15 no.5, 2014년, pp.95 - 105  

강문수 (Computer Engineering, Korea Aerospace University) ,  최영식 (Computer Engineering, Korea Aerospace University)

초록
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본 논문에서는 방향그래프에서 개미가 한 노드에서 다른 노드들로 이동하는 새로운 개미 기반계층적 클러스터링 알고리즘을 제안한다. 노드페로몬은 로컬영역에서 상대 밀도값으로 간주될 수 있는 값으로 노드로 들어오는 에지들의 페로몬 양을 합한 것이다. 일정한 횟수만큼 개미들을 이동시킨 후 방향 그래프로부터 소량의 노드페로몬 값을 가진 노드들을 제거하고, 강하게 연결되어 있는 요소들을 하나의 클러스터로 구성한다. 반복적으로 낮은 값부터 높은 값까지 제거작업을 하여 계층적 클러스터들을 구축한다. 다양한 실험을 통해 제안하는 알고리즘과 기존 클러스터링 알고리즘을 비교하고 제안하는 알고리즘의 우수성을 실험을 통해 입증한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we present a novel ant-based hierarchical clustering algorithm, where ants repeatedly hop from one node to another over a weighted directed graph of k-nearest neighborhood obtained from a given dataset. We introduce a notion of node pheromone, which is the summation of amount of phero...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • [24]와 [25]는 멀티플 페로몬을 이용하였으며 [26]는 모바일 에드 혹 네트워크에 적용한 예이고 [g]는 하이브리드 하였다. 본 논문에서는 개미 군락 시스템을 이용하여 클러스터의 계층 구조를 생성할 수 있는 새로운 개미 군락 시스템을 이용한 계층적 클러스터링(Ant Colony Hierarchical Clustering) 알고리즘을 제안한다.
  • 본 논문은 새로운 개미 기반의 계층적 클러스터링 알고리즘인 ACHC(Ant Colony HierarchicalClustering) 알고리즘을 제안한다. 제안하는 ACHC 알고리즘은 그래프에서 노드로 들어오는 에지 페로몬의 합인 노드 페로몬의 개념을 기반으로 한다.
  • 클러스터링 분석은 최근 생물정보학 및 웹 문서 검색 및 마이닝 등 다양한 분야에서 크게 성장하고 있다[1][17]. 클러스터링의 목적은 자연의 숨겨진 데이터 구조의 이산 유한 집합으로 레이블되지 않은 데이터 집합으로 분리하는 것이다[1]. 클러스터링을 위해 많은 연구가 있었으며 그 중 개미 군락 시스템을 이용한 클러스터링 문제 해결은 현재에도 많이 연구되고 있다.

가설 설정

  • 노드vj가 클러스터의 경계영역에 존재하고 클러스터 내부보다 낮은 밀도 ρj를 가진다고 가정하자.
  • 알고리즘 1에서 임계값 tC와 tD를 사용하여 remove_labeling 과정에서 얻은 클러스터의 집합을 C = {Ci, i = 1…n}과D = {Dj, j = 1···m}로 가정하자.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
노드 페로몬은 무엇인가? 본 논문에서 제안하는 ACHC(Ant Colony Hierarchical Clustering) 알고리즘은 개미들이그래프의 한 노드에서 다른 노드로 반복적으로 노드 페로몬 값이 높은 노드를 선호하여 선택하여 이동한다. 노드 페로몬은 노드로 유입 되는 에지들과 관련된 페로몬량의 합으로 정의한다.
Lumer 및 Faieta(LF)의 작업은 무엇인가? Lumer 및 Faieta(LF)의 작업은 개미 기반의 데이터 클러스터링 및 정렬에 대한 일련의 작업이다. [5]와 [11]은 주제 지도의 형태로 문서 컬렉션의 이차원 시각화에 적용할 수있도록 LF 알고리즘을 수정하였고 [12]와 [13]는 그래프 분할에 적용 가능하도록 하였다.
노드 페로몬이 그래프에서 개미 확률적 이동을 통해 상대 밀도를 측정할 수 있는 이유는 무엇인가? 제안하는 ACHC 알고리즘은 그래프에서 노드로 들어오는 에지 페로몬의 합인 노드 페로몬의 개념을 기반으로 한다. 노드 페로몬의 양은 노드밀도 관점에서 그 주변의 이웃과 경쟁하며 개미 수신 빈도를 반영한다. 따라서 노드 페로몬은 그래프에서 개미 확률적 이동을 통해 상대 밀도를 측정할 수 있다.
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참고문헌 (28)

  1. Rui Xu and Donald Wunsch II, "Survey of Clustering Algorithms," IEEE Transactions On Neural Networks, Vol. 16, No. 3, pp. 645-678, May 2005. 

  2. Yan Yang and M. S. Kamel, "An aggregated clustering approach using multi-ant colonies algorithms," Pattern Recognition Vol. 39, Issue 7, pp. 1278-1289, July 2006. 

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  5. Handl, J. and Meyer, B., "Improved ant-based clustering and sorting in a document retrieval interface," in Proceedings of the Seventh International Conference on Parallel Problem Solving from Nature, 2002, Vol. 2439 of Lecture Notes in Computer Science, pp.913-923. Berlin, Germany: Springer-Verlag. 

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  24. J. Chircop and C. D Buckingham, "A Multiple Pheromone Ant Clustering Algorithm", Proceedings of NICSO 2013, to be published in Studies in Computational Intelligence, Springer, 2013 

  25. Jan Chircop, Christopher D. Buckingham, "The Multiple Pheromone Ant Clustering Algorithm and its application to real world domains", Proceedings of the 2013 Federated Conference on Computer Science and Information Systems pp. 27-34 

  26. Kumar V and Balasubramanie P, "Ant Colony Optimization Using Hierarchical Clustering in Mobile Ad Hoc Networks", European Journal of Scientific Research, 2011, Vol. 61 Issue 4, p549-560. 

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  28. Wafa'a Omar, Amr Badr and Abd El-Fattah Hegazy, "Hybrid Ant-Based Clustering Algorithm With Cluster Analysis Techniques", Journal of Computer Science 9(6): 780-793, 2013 

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