1.一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1,计算机视觉领域中,作为时间函数的视频数据具有序列结构,对于序列数据的子空间聚类问题,假设这类数据在时间或空间的特定点以均匀的间隔采样,设定目标函数作为优化问题;
步骤1中,所述目标函数为:
s.t.X=XZ+E
第一项是用最小二乘法测量误差E,即 相当于假设误差来自标准高斯分布,其余三项是对系数矩阵Z的约束,包括低秩稀疏光滑邻域目标,其中低秩性由||Z||*控制,稀疏度由||Z||1控制,平滑度由||ZR||2,1控制,参数λ1、λ2和λ3决定正则化的强度;
步骤2,使用交替方向乘子器ADMM方法解决目标函数优化问题;首先引入两个辅助项,并得到辅助项的增广拉格朗日方程,通过固定变量,分别交替优化求解辅助项以解决优化问题;
步骤3,在解决上述优化问题后,得到数据矩阵的低秩稀疏表示系数矩阵Z,使用表示系数矩阵构造亲和图,利用谱聚类算法对亲和图进行分割,得到最终聚类结果,实现从视频序列中分割单个场景,以及从一组人脸图像中分割或聚类到不同的个体;
T
所述步骤3中,具体为建立一个加权图Graph=(v,ε,W),其中W=|Z|+|Z| ,然后将谱聚类应用于亲和图,得到最终的聚类结果。
2.根据权利要求1所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:目标函数中,||ZR||2,1作为一个惩罚项来控制近邻样本数据的相似性。
3.根据权利要求1所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,为进一步分离变量Z的项,引入两个辅助项S=Z=Z1=Z2和U=SR,然后得到引入两个辅助项的增广拉格朗日方程如下:通过固定其他变量,分别交替优化求解Z1,Z2,S和U。
4.根据权利要求3所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,固定变量Z2,S和U,通过求解下列优化问题得到变量Z1;
经过变换,该优化问题写成如下形式:
T
定义软阈值操作符πβ(X)=(|X|‑β)+sgn(X)和奇异值软阈值操作符Πβ(X)=Uπβ(Σ)V,T其中,U∑V是矩阵A的skinnySVD分解;
最终得Z1的更新规则为:
5.根据权利要求3所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,固定变量Z1,S和U,通过求解下列优化问题得到变量Z2;
经过变换,该优化问题写成如下形式:
最终得Z2的更新规则为:
6.根据权利要求3所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,固定变量Z1,Z2和U,通过求解下列优化问题得到变量S;
将上述目标函数关于S的导数设为零,得到:T T T T T
(XX+(r1+r2)I)s+r3SRR=XX+r3UR+r1Z1+r2Z2+G+E+FR将线性矩阵方程矢量化为如下形式:
其中 表示张量积。
7.根据权利要求3所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,固定变量Z1,Z2和S,通过求解下列优化问题得到变量U;
经过变换,该优化问题写成如下形式:
令 则上述优化问题有闭式解,表示如下:其中,U(:,i)和M(:,i)分别是U和M的第i行。
8.根据权利要求3所述的一种低秩稀疏空间子空间聚类方法,其特征在于:步骤2中,变量G更新规则:old
G=G +r1(Z1‑S)
变量E更新规则:
old
E=E +r2(Z2‑S)
变量F更新规则:
old
F=F +r3(U‑SR)
参数r1,r2,r3更新规则如下: