چارچوب نوین خودرمزگذار مبتنی بر ResNet برای خوشه‌بندی نیمه‌نظارتی با بهره‌گیری از محدودیت‌های زوجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تبریز

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه تبریز

3 استادیار-دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه تبریز

4 دانشکده فناوری اطلاعات و مهندسی کامپیوتر دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه

10.22034/jasp.2025.64845.1263

چکیده

اخیراً استفاده از یادگیری عمیق برای خوشه‌بندی داده‌ها به دلیل توانایی آن در کشف ساختارهای پیچیده داده‌ها، مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این مقاله، یک چارچوب نوین خودرمزگذار مبتنی بر ResNet برای خوشه‌بندی نیمه‌نظارتی پیشنهاد شده است که شامل معماری خودرمزگذار با اتصالات باقیمانده است. این چارچوب دو بخش اصلی دارد: رمزگذار مبتنی بر ResNet که بازنمایی‌های نهفته و معنادار از داده‌ها استخراج می‌کند، و رمزگشا که وظیفه بازسازی دقیق داده‌های ورودی را بر عهده دارد.مدل پیشنهادی از یک تابع زیان ترکیبی بهره می‌برد که شامل میانگین مربعات خطا (MSE)، واگرایی کولبک-لایبلر (KLD)، محدودیت‌های زوجی نیمه‌نظارتی و برچسب‌های نیمه‌نظارتی است. این ترکیب نوآورانه، فرایند خوشه‌بندی را با استفاده از توزیع هدف به‌عنوان برچسب‌های نرم هدایت کرده و موجب بهبود پایداری مدل می‌شود. نتایج آزمایش‌ها بر روی مجموعه داده‌های عمومی نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی به‌طور میانگین دقت 96.8% در معیار دقت خوشه‌بندی و 92.5% در معیار اطلاعات متقابل نرمال‌شده (NMI) را به دست آورده است. این نتایج حاکی از بهبود عملکرد مدل نسبت به روش‌های پیشین در خوشه‌بندی نیمه‌نظارتی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Novel ResNet-Based Autoencoder Framework for Semi-Supervised Clustering Using Pairwise Constraints

نویسندگان [English]

  • Noor Kadhim Khudhair 1
  • Mohammad Ali Balafar 2
  • Jafar Tanha 3
  • amin Golzari Oskouei 4
1 Tabriz University
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz
3 Assistant Professor -Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz
4 Faculty of IT and Computer Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
چکیده [English]

Recently, the use of deep learning for data clustering has gained significant attention due to its ability to uncover complex structures within data. In this paper, a novel ResNet-based autoencoder framework for semi-supervised clustering is proposed. This framework utilizes an autoencoder architecture with residual connections, consisting of two main components: a ResNet-based encoder that extracts meaningful latent representations from the data, and a decoder that is responsible for accurately reconstructing the input data. The proposed model employs a composite loss function that integrates Mean Squared Error (MSE), Kullback-Leibler Divergence (KLD), semi-supervised pairwise constraints, and label-based loss. This innovative combination guides the clustering process using a target distribution as soft labels, ensuring the stability of the model. Experimental results on benchmark datasets demonstrate that the proposed model achieves an average clustering accuracy of 96.8% and 92.5% in Normalized Mutual Information (NMI). These results indicate a significant improvement in performance compared to existing methods in semi-supervised clustering.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semi-Supervised Clustering
  • ResNet-Based Autoencoder
  • Pairwise Constraints
  • Deep Learning for Clustering