[發(fā)明專利]一種基于K-均值聚類的頻響函數(shù)質(zhì)量線優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110564382.0
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113204739A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜中剛;鄧聚才;許恩永;劉夫云;孫永厚;葉明松;唐振天;馮哲;王方圓;趙德平
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué);東風(fēng)柳州汽車有限公司
• 主分類號: G06F17/15
• 分類號: G06F17/15;G06K9/62;G06F17/11;G06F17/18
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 周雯

1.一種基于K-均值聚類的頻響函數(shù)質(zhì)量線優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將試驗(yàn)?zāi)B(tài)確定的m條頻響函數(shù)頻段S_n劃分為m個(gè)數(shù)據(jù)集T＝{S₁ ... S_m}，并標(biāo)準(zhǔn)化，具體步驟如下：

1-1)頻響函數(shù)S_m為二維數(shù)組，由縱坐標(biāo)的幅值H(ω)＝{H₁ H₂ … H_n}和橫坐標(biāo)的角頻率ω＝{ω₁ ω₂ … ω_n}組成，并將兩個(gè)變量的值建立一一映射關(guān)系；

1-2)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

1-2-1)任選一個(gè)數(shù)集S_m，計(jì)算S_m幅值H(ω)的算術(shù)平均值

1-2-2)計(jì)算幅值H(ω)的殘差絕對值確定殘差絕對值集合為U_re＝{μ₁，μ₂，…，μ_n}；

1-2-3)計(jì)算幅值H(ω)標(biāo)準(zhǔn)差

1-2-4)對幅值H(ω)每個(gè)樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中任意樣本表示為該幅值集合為H_BZi＝{h_BZ1，h_BZ2，…，h_BZn}，對應(yīng)的橫坐標(biāo)角頻率ω＝{ω₁ ω₂ … ω_n}不變；

2)確定每個(gè)頻響函數(shù)數(shù)據(jù)集的聚類數(shù)K₀和初始聚類中心C₀，具體如下：

2-1)對標(biāo)準(zhǔn)化處理后的幅值H(ω)集合H_BZi確定初始聚類數(shù)K₀

2-1-1)計(jì)算集合H_BZi的極差Ra_O＝max(H_BZi)-min(H_BZi)；

2-1-2)計(jì)算集合H_BZi的算數(shù)平均值

2-1-3)計(jì)算集合H_BZi的殘差確定殘差絕對值集合為U_BZn＝{μ_BZ1，μ_BZ2，…，μ_BZn}；

2-1-4)計(jì)算集合H_BZi的殘差均值

2-1-5)計(jì)算初始分類數(shù)目K₀，對極差除殘差取整加1，即

2-2)對標(biāo)準(zhǔn)化處理后的幅值H(ω)集合H_BZi確定初始聚類中心C₀；

2-2-1)把集合H_BZi中n個(gè)樣本分為K₀類，即H_BZj＝{A₁，A₂，…A_j，和對應(yīng)的橫坐標(biāo)角頻率ω＝{ω₁ ω₂ … ω_n}；

2-2-2)每個(gè)子集A₁，A₂，…A_j，中的樣本個(gè)數(shù)為

2-2-3)劃分子集，若則h_BZj∈A_j，

2-2-4)計(jì)算初始聚類的中心，該聚類中心的值為每個(gè)類子集的均值，即

3)定義迭代指標(biāo)，確定迭代公式，反復(fù)迭代聚類中心C_n和聚類數(shù)K_n，直到指標(biāo)最優(yōu)，具體如下：

3-1)定義迭代指標(biāo)，K₀為類的個(gè)數(shù)

3-1-1)定義迭代指標(biāo)其中Sd為類內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)差Rn為類內(nèi)部極差Rn＝max(A_j)-min(A_j)，為類之間的均值差，為類內(nèi)部的算數(shù)平均值，則類內(nèi)元素與各類間均值之差的最小值的均值為

3-1-2)計(jì)算各類內(nèi)部斜率絕對值之和其中每個(gè)子類內(nèi)部的斜率為k，通過最小乘法計(jì)算，設(shè)該子集內(nèi)線性函數(shù)則類的平均值最小值和最大值之差RN＝max(A_j)-min(A_j)；

3-2)確定迭代方程和迭代算法

3-2-1)迭代方程為縱坐標(biāo)H_BZi之間的距離，即Yd＝|h_BZn-C₀|；

3-2-2)依次計(jì)算每個(gè)幅值h_BZn分別到K₀個(gè)初始聚類中心的距離Yd，把最小的Yd所對應(yīng)的h_BZn歸屬到相應(yīng)初始聚類中心所對應(yīng)的初始類，重復(fù)此步驟，直到把每個(gè)幅值h_BZn都?xì)w完類，以新的數(shù)集類來確定新類的聚類中心，計(jì)算重新分完類的指標(biāo)，對比上一個(gè)指標(biāo)，直到找到最小指標(biāo)，停止迭代；

3-2-3)對數(shù)據(jù)集T內(nèi)其它S_m重復(fù)步驟1-2-1)指步驟3-2-2)，直到每個(gè)數(shù)集的指標(biāo)最小，確定聚類中心、聚類數(shù)及每個(gè)類的點(diǎn)集；

3-2-4)根據(jù)最優(yōu)類所對應(yīng)的橫坐標(biāo)映射到原幅值組成新的集合H(ω)^{fin ly}＝{B₁ B₂ …B_K0}＝{(H₁ ... H_d) (H_d ... H_e) ... (H_g ... H_n)}，d＜e＜g＜n

4)定義權(quán)重系數(shù)，計(jì)算頻響函數(shù)質(zhì)量線所選頻段均值，具體如下：

4-1)計(jì)算第S_m頻響函數(shù)數(shù)集的平滑系數(shù)ph_all＝Arm_all×k_all×sd_all，其中k_all、sd_all分別為S_m頻響函數(shù)數(shù)集的算數(shù)平均、斜率、標(biāo)準(zhǔn)差；

4-2)計(jì)算除去S_m頻響函數(shù)數(shù)集中第J個(gè)類的幅值，計(jì)算剩余K-1個(gè)類的算數(shù)平均值斜率k_K-1和標(biāo)準(zhǔn)差sd_K-1的平滑系數(shù)：

ph_K-1＝Arm_K-1×k_K-1×sd_K-1

4-3)根據(jù)步驟4-1)、4-2)，定義權(quán)重為

4-4)計(jì)算S_m頻響函數(shù)數(shù)集中K個(gè)類的權(quán)重系數(shù)，并進(jìn)行歸一化處理，

5)計(jì)算均值：根據(jù)最后每個(gè)頻響函數(shù)分的類對應(yīng)的原幅值H(ω)所組成的類和標(biāo)準(zhǔn)化后類對應(yīng)的權(quán)重，計(jì)算均值A(chǔ)verage＝B₁δ₁^gy+B₂δ₂^gy...B_K0δ_r^gy。