模糊反向邻域判别分析(FRNDA):融合模糊类别成员关系与Choquet积分正则化的图嵌入方法

《Mathematics》:Fuzzy Reverse Neighborhood Discriminant Analysis: Soft Memberships, Adaptive Graphs, and Choquet-Integral Fusion for Robust Feature Extraction

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月26日 来源:Mathematics 2.3

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摘要

传统的线性判别分析(LDA)及其基于图的扩展方法在面对类别重叠、样本不均匀采样以及不灵活的邻域选择等问题时存在挑战。尽管反向最近邻(RNN)图能够应对数据密度问题,但标准的反向邻域判别分析(RNDA)依赖于硬标签和二元边。本文提出了模糊反向邻域判别分析(FRNDA),该方法引入模糊类别成员关系、具有平滑衰减边权重的多组模糊RNN图,以及基于Choquet积分的正则化机制来建模非可加性交互。采用$\ell_{2,1}$范数以诱导联合特征稀疏性。理论贡献包括:在超模性条件下证明了单调收敛性、修正了Choquet融合中的一个梯度误差,以及为稀疏近似近邻图推导了更紧的计算复杂度上界。在清晰(crisp)情形下,FRNDA退化为RNDA;对于矩阵输入,其推广为2DFRNDA。在包括CIFAR-10、Fashion-MNIST、Caltech-101、Tiny ImageNet、Office-31和FER2013在内的12个基准数据集上的评估表明,FRNDA/2DFRNDA在12个数据集中的10个上优于经典和现代图嵌入方法。在Fashion-MNIST(仅限FRNDA)和FER2013上,清晰的RNDA仍然更为优越,文中对这些例外情况进行了分析。当应用于冻结的ResNet-50和监督对比学习特征时,FRNDA始终能够提升准确率,支持其作为一种混合后处理方法的角色。FRNDA对高斯噪声表现出较强的鲁棒性,准确率仅下降3.65个百分点,而RNDA的下降幅度为7.0个百分点,且Choquet融合优于线性平均。在不同初始化条件下,实验结果保持一致。
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