유전자 발현 자료(gene expression data)는 전형적인 고차원 자료이며, 이를 분석하기 위한 여러 가지 군집 알고리즘(clustering algorithm)과 군집 결과들을 검증하는 군집타당성분석 기법(cluster validation technique)이 제안되고 있지만, 이들 군집 타당성을 분석하는 기법의 성능에 대한 비교, 평가는 매우 드물다. 본 논문에서는 저차원의 모의실험 자료와 실제 유전자 발현 자료에 대하여 군집 타당성분석 기법들의 성능을 비교하였으며, 그 결과 내적 측도에서는 Dunn 지수, Silhouette 지수 순으로 뛰어났고 외적 측도에서는 Jaccard 지수가 성능이 가장 우수한 것으로 평가되었다.
한국데이터정보과학회 2006년도 PROCEEDINGS OF JOINT CONFERENCEOF KDISS AND KDAS
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pp.63-76
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2006
유전자 발현 자료(gene expression data)를 분석하기 위한 여러 가지 군집 알고리즘(clustering algorithm)과 군집 결과들을 검증하는 척도, 즉 군집 타당성분석 기법(cluster validation technique)이 제안되고 있지만, 이틀 군집 타당성을 분석하는 기법들에 대한 성능의 비교 평가는 매우 드물다. 본 논문에서는 모의 생성 자료로 몇 가지 특정 상황을 연출하여 군집 타당성 분석 기법들을 비교해 보고, 실제 유전자 발현 자료 두 가지에 대해서도 이들 기법의 성능을 비교 평가해 보았다.
자기조직화지도는 고차원의 원자료를 노드들로 이루어진 저차원의 공간으로 투영하는 비지도학습 방법이다. 이 방법은 고차원의 자료를 노드들을 사용하여 2 또는 3차원의 공간에서 시각화할 수 있고, 이를 통해 자료의 특성을 탐색하는데 유용하다. 자료의 구조를 파악하기 위해 종종 노드들에 대한 군집분석을 시도하는데, 군집분석의 중요한 문제중 하나는 군집의 개수를 결정하는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 군집타당성지수들이 지금까지 개발되어 왔고, 이러한 지수들은 자기조직화지도의 노드들의 군집분석에 직접적으로 적용될 수 있다. 그러나, 자기조직화 지도가 원자료의 위상적 특성을 저차원 공간에 반영할 수 있다는 특징을 갖는데 반해, 이러한 일반적인 지수들은 이를 고려하지 않는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 원자료의 위상적 특성을 고려한 노드들 사이의 연결강도를 기반으로 하는 군집타당성지수를 제안한다. 이 새로운 군집타당성지수의 성능은 모의실험을 통해 기존의 군집타당성지수들과의 비교되고 검증된다.
주어진 데이터를 일정한 기준에 따라 여러 개 군집으로 분할할 때 대부분 경우는 군집수에 대한 사전 정보가 없이 군집화를 실시하게 된다. 적절한 군집수의 결정은 군집화 결과의 타당성에 전제가 되는 매우 중요한 문제이나 내재된 복잡성 때문에 실제 적용에 간편한 방법을 찾기 힘들고 더구나 다양한 형태의 데이터에 보편적으로 적합한 방법을 찾기는 더욱 어렵다. 본 연구에서는 기존의 제시된 군집수 결정방법 들의 아이디어 들을 소개하고 주어진 데이터의 종류에 관계없이 일반적으로 적용할 수 있는 새로운 군집수 결정기법을 제시한다. 대부분의 경우 군집수 결정은 군집화와 동시에 이루어지게 되므로 이것을 한꺼번에 처리하는 범용의 방법도 소개한다. 적용 예제들을 통한 타당성 검증도 이루어진다.
Communications for Statistical Applications and Methods
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제3권1호
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pp.179-188
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1996
복합조사표본추출법(complex survey sampling)에 근거한 분할표분석에 카이제곱검정법을 사용할 때의 문제점들과 해결방법들을 살펴보았다. 나아가, 군집표본추출의 경우에 붓스트랩방법의 타당성을 보였으며, 실제자료분석을 통하여 실제 활용가능성과 잇점을 제시하였다.
최근 새로운 데이터마이닝 방법인 지도 군집화가 소개되고 있다. 지도 군집화의 목적은 동일한 클래스가 한 군집에 포함되도록 하는 것이다. 지도 군집화는 데이터에 대한 배경 지식을 획득하거나 분류 방법의 성능을 향상시키기 위한 방법으로 사용된다. 그러나 군집화 방법에서 파생된 지도 군집화 역시 군집화 개수 설정 방법에 따라 효율성이 좌우된다. 따라서 클래스 분포에 따라 최적의 지도 군집화 개수를 찾기 위해 진화알고리즘을 적용할 수 있으나, 진화알고리즘은 대용량 데이터를 처리할 경우 수행 시간이 증가되어 효율성이 감소되는 문제가 있다. 본 논문은 지도 군집화보다 강인한인 지도 퍼지 군집화를 효율적으로 생성하기 위해 진화성이 우수한 휴리스틱 분할 진화알고리즘을 제안한다. 휴리스틱 분할 진화알고리즘은 개체를 생성할 때 문제영역의 지식을 반영한 휴리스틱 연산으로 탐색 시간을 단축시키고, 개체 평가 단계에서 전체 데이터 대신 샘플링된 부분 데이터들을 이용하여 진화하는 분할 진화 방법으로 수행 시간을 단축시킴으로써 진화알고리즘의 효율성을 높인다. 또한 효율적으로 개체를 평가하기 위해 지도 퍼지 군집화 알고리즘인 지도 분할 군집화 알고리즘(SPC: supervised partitional clustering)을 제안한다. 제안한 방법은 이차원 실험 데이터에 대해서 정확성과 효율성을 분석하여 그 타당성을 확인한다.
생물학자들은 시간에 따라 발현 수준이 변화하는 유전자의 군집화를 시도하고 있다. 지금까지는 마이크로어레이 자료의 군집분석에 관한 연구의 경우 군집 방법 자체를 비교하는 연구가 주를 이루었다. 그러나 군집화 이전에 의미있는 변화를 보이는 유전자 선택에 따라 군집화 결과가 달라지기 때문에, 군집 분석에 있어서 유전자 선택 단계도 중요하게 고려되어야 한다. 따라서, 본 논문에서는 시간 경로 마이크로어레이 자료를 군집 분석하는데 있어서 유전자 선택, 군집 방법 선택, 군집평가 방법 선택 등 3가지 요인을 고려한 폭 넓은 비교 연구를 하였다.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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제23권1호
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pp.39-51
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2012
군집분석은 마이크로어레이 발현자료에서 유전자 혹은 표본들의 유사한 특성을 갖는 연관구조를 조사하는데 중요한 도구이다. 본 논문에서는 마이크로어레이 자료에서 계층적 군집방법, K-평균법, PAM (partitioning around medoids), SOM (self-organizing maps) 그리고 모형기반 군집방법 들의 성능을 3가지 군집 타당성 측도인 내적 측도, 안정적 측도 그리고 생물학적 측도를 가지고 비교분석하고자 한다. 모의실험을 통해 생성된 자료와 실제 SRBCT (small round blue cell tumor) 자료를 가지고 여러 가지 군집방법들의 성능을 비교하였으며 그 결과 모의실험 자료에서는 거의 모든 방법들이 3가지 군집측도에서 원래 자료와 일치하는 좋은 군집 결과를 나타내었고 SRBCT 자료에서는 모의실험 자료처럼 명확한 군집화 결과를 보여주지는 않으나 내적측도의 실루엣 너비 (Silhouette width) 관점에서는 PAM 방법, SOM, 모형기반 군집방법 그리고 생물학적 측도에서는 PAM 방법과 모형기반 군집방법이 모의실험 결과와 비슷한 결과를 얻었고 안정적 측도에서 모형기반 군집방법이 다른 방법들보다 좋은 군집결과를 보여주었다.
생태계에 대한 지속적 연구를 통하여 축적되는 장기변동 자료와 이에 대한 관찰은 의미있는 가설의 전개와 생태학적 개념의 타당성에 대한 검정 등에 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다 (Franklin, 1987). 최근들어, long-term scale에서의 생태계 변화는 생태학자들 간에 주된 관심사가 되고 있다. 이러한 배경에서 본 연구자들은 인천 연안의 대조차 간석지에서 수행되고 있는 척전 갯벌 program을 통하여 간석지 대형 저서 동물 군집의 장기 변동 (1989 ∼ 현재)을 관찰, 분석하고 있으며, 그 첫 단계로서 계절성에 관한 분석을 시도하였다. (중략)
관측치의 개수보다 변량의 개수가 더 많은 다변수 상황에서 정규혼합모형을 이용하여 군집분석을 하기 위해서는 비정보적인 변수들을 제거하는 과정이 필수적으로 요구된다. 이와 같은 변수선택과 군집의 동시 처리를 위한 기존 연구의 대부분은 군집별 등분산 가정 하에서 이루어져 왔으며, 비정보적인 변수를 제거하기 위해 주로 벌점화 우도 기법이 이용되었다. 본 연구에서는 약간 변형된 정규혼합모형을 기반으로 비현실적인 등분산 가정을 탈피하면서 효율적으로 비정보적인 변수를 제거하는 새로운 방법을 제공한다. 이 모형에 대한 타당성을 설명하였고, 모수 추정을 위한 EM 알고리즘을 유도하였다. 그리고 모의실험 및 실자료 실험을 통해 제안된 방법의 유효성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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