Текущий выпуск Номер 3, 2024 Том 16

Все выпуски

[ Switch to English ]

Задачи и алгоритмы оптимальной кластеризации многомерных объектов по множеству разнородных показателей и их приложения в медицине

Мезенцев Ю.А., Разумникова О.М., Эстрайх И.В., Тарасова И.В., Трубникова О.А.
 pdf (258K)

Работа посвящена описанию авторских формальных постановок задачи кластеризации при заданном числе кластеров, алгоритмам их решения, а также результатам применения этого инструментария в медицине.

Решение сформулированных задач точными алгоритмами реализаций даже относительно невысоких размерностей до выполнения условий оптимальности невозможно за сколько-нибудь рациональное время по причине их принадлежности к классу NP.

В связи с этим нами предложен гибридный алгоритм, сочетающий преимущества точных методов на базе кластеризации в парных расстояниях на начальном этапе с быстродействием методов решения упрощенных задач разбиения по центрам кластеров на завершающем этапе. Для развития данного направления разработан последовательный гибридный алгоритм кластеризации с использованием случайного поиска в парадигме роевого интеллекта. В статье приведено его описание и представлены результаты расчетов прикладных задач кластеризации.

Для выяснения эффективности разработанного инструментария оптимальной кластеризации многомерных объектов по множеству разнородных показателей был выполнен ряд вычислительных экспериментов с использованием массивов данных, включающих социально-демографические, клинико-анамнестические, электроэнцефалографические и психометрические данные когнитивного статуса пациентов кардиологической клиники. Получено эксперимен- тальное доказательство эффективности применения алгоритмов локального поиска в парадигме роевого интеллекта в рамках гибридного алгоритма при решении задач оптимальной кластеризации. Результаты вычислений свидетельствуют о фактическом разрешении основной проблемы применения аппарата дискретной оптимизации — ограничения доступных размерностей реализаций задач. Нами показано, что эта проблема снимается при сохранении приемлемой близости результатов кластеризации к оптимальным.

Прикладное значение полученных результатов кластеризации обусловлено также тем, что разработанный инструментарий оптимальной кластеризации дополнен оценкой стабильности сформированных кластеров, что позволяет к известным факторам (наличие стеноза или старший возраст) дополнительно выделить тех пациентов, когнитивные ресурсы которых оказываются недостаточны, чтобы преодолеть влияние операционной анестезии, вследствие чего отмечается однонаправленный эффект послеоперационного ухудшения показателей сложной зрительно-моторной реакции, внимания и памяти. Этот эффект свидетельствует о возможности дифференцированно классифицировать пациентов с использованием предлагаемого инструментария.

Ключевые слова: оптимальная кластеризация, парные расстояния, центры кластеров, гибридный алгоритм, локальный поиск, роевой интеллект
Цитата: Мезенцев Ю.А., Разумникова О.М., Эстрайх И.В., Тарасова И.В., Трубникова О.А. Задачи и алгоритмы оптимальной кластеризации многомерных объектов по множеству разнородных показателей и их приложения в медицине // Компьютерные исследования и моделирование, 2024, т. 16, № 3, с. 673-693
Citation in English: Mezentsev Y.A., Razumnikova O.M., Estraykh I.V., Tarasova I.V., Trubnikova O.A. Tasks and algorithms for optimal clustering of multidimensional objects by a variety of heterogeneous indicators and their applications in medicine // Computer Research and Modeling, 2024, vol. 16, no. 3, pp. 673-693
DOI: 10.20537/2076-7633-2024-16-3-673-693
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3486/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Copyright © 2009–2024 Институт компьютерных исследований