This paper presents a multi-robot localization based on multidimensional scaling (MDS) in spite of the existence of incomplete and noisy data. While the traditional algorithms for MDS work on the full-rank distance matrix, there might be many missing data in the real world due to occlusions. Moreover, it has no considerations to dealing with the uncertainty due to noisy observations. We propose a robust MDS to handle both the incomplete and noisy data, which is applied to solve the multi-robot localization problem. To deal with the incomplete data, we use the Nystr$\ddot{o}$m approximation which approximates the full distance matrix. To deal with the uncertainty, we formulate a Bayesian framework for MDS which finds the posterior of coordinates of objects by means of statistical inference. We not only verify the performance of MDS-based multi-robot localization by computer simulations, but also implement a real world localization of multi-robot team. Using extensive empirical results, we show that the accuracy of the proposed method is almost similar to that of Monte Carlo Localization(MCL).
다차원 척도법(multidimensional scaling)은 고차원의 데이터를 낮은 차원의 공간에 매핑(mapping)하여 데이터 간의 유사성을 표현하는 방법이다. 이는 주로 자질 선정 및 데이터를 시각화하는 데 이용된다. 그러한 다차원 척도법 중, 전통 다차원 척도법(classical multidimensional scaling)은 긴 수행 시간과 큰 공간을 필요로 하기 때문에 객체의 수가 많은 경우에 대해 적용하기 어렵다. 이는 유클리드 거리(Euclidean distance)에 기반한 $n{\times}n$ 상이도 행렬(dissimilarity matrix)에 대해 고유쌍 문제(eigenpair problem)를 풀어야 하기 때문이다(단, n은 객체의 개수). 따라서, n이 커질수록 수행 시간이 길어지며, 메모리 사용량 증가로 인해 적용할 수 있는 데이터 크기에 한계가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 완화하기 위해 GPGPU 기술 중 하나인 CUDA와 분할-정복(divide-and-conquer)기법을 활용한 효율적인 다차원 척도법을 제안하며, 다양한 실험을 통해 제안하는 기법이 객체의 개수가 많은 경우에 매우 효율적일 수 있음을 보인다.
다차원척도법(MDS)에서는 대게 개체간의 거리나 유사성이 대칭성을 따른다. 따라서 비대칭 거리를 다루기는 쉽지 않다. 통용되고 있는 비대칭 다차원척도법도 여전히 결과를 해석하는데 어려움이 있다. 본 연구는 비대칭행렬의 순서 통계량을 활용하여 더 간단한 비대칭 대차원척도법을 제안한다. 제안된 웹(Web) 방법은 개체간의 영향력을 사용자들이 해석을 쉽게 하도록 화살표의 방향크기와 모양에 따라 시각화하여 보여준다.
In most cases of multidimensional scaling(MDS), the distances or dissimilarities among units are assumed to be symmetric. Thus, it is not an easy task to deal with asymmetric distances. Asymmetric MDS developed so far face difficulties in the interpretation of results. This study proposes a much simpler asymmetric MDS, that utilizes the notion of "altitude". The analogy arises in mountaineering: It is easier (more difficult) to move from the higher (lower) point to the lower (higher). The idea is formulated as a quantification problem, in which the disparity of distances is maximally related to the altitude difference. The proposed method is demonstrated in three examples, in which the altitudes are visualized by rainbow colors to ease the interpretability of users.
다차원척도법(MDS)은 지적 구조의 시각화를 위해서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나 MDS는 지적 구조를 시각적으로 표현하는데 있어서 세부 구조의 표현력이 취약하다는 약점을 가지고 있다. 이 연구에서는 상관계수 행렬의 가공 방식과 MDS 알고리즘을 조합한 여섯 가지 MDS 지도 작성 방식을 파악한 다음, 실제 지적 구조 데이터에 적용하여 비교해보았다. 실험 결과에서 가장 나쁜 방식으로 파악된 것은 가장 널리 사용되고 있는 방식으로서, 상관계수행렬로부터 유클리드 거리를 산출한 후 ALSCAL 알고리즘으로 MDS 지도를 작성하는 방식인 것으로 나타났다. 반면에 가장 좋은 방식은 상관계수를 z점수로 표준화하여 유클리드 거리를 산출한 후 PROXSCAL 알고리즘를 사용하는 방식이었다. 결론적으로 MDS 처리 과정을 주의깊게 구성한다면 더 구체적이고 명확한 지적 구조를 파악할 수 있음이 확인되었다.
개체들 사이의 관계를 저차원 공간에 매핑하는 다차원척도법을 수행하기 위한 다양한 방법과 알고리즘이 개발되어왔다. 그러나 PROXSCAL이나 ALSCAL과 같은 기존의 기법들은 50개 이상의 개체를 포함하는 데이터 집합을 대상으로 개체 간의 관계와 군집 구조를 시각화하는데 있어서 효과적이지 못한 것으로 나타났다. 이 연구에서 제안하는 군집 지향 척도법 CLUSCAL(CLUster-oriented SCALing)은 기존 방법과 달리 입력되는 데이터의 군집 구조를 고려하도록 고안되었다. 50명의 저자동시인용 데이터와 85개 단어의 동시출현 데이터에 대해서 적용해본 결과 제안한 CLUSCAL 기법은 군집 구조를 잘 식별할 수 있는 MDS 지도를 생성하는 유용한 기법임이 확인되었다.
In this paper, we propose personalized recommendation techniques based on multidimensional scaling (MDS) method for Business to Consumer Electronic Commerce. The multidimensional scaling method is traditionally used in marketing domain for analyzing customers' perceptional differences about brands and products. In this study, using purchase history data, customers in learning dataset are assigned to specific product categories, and after then using MDS a positioning map is generated to map product categories and alternative advertisements. The positioning map will be used to select personalized advertisement in real time situation. In this paper, we suggest the detail design of personalized recommendation method using MDS and compare with other approaches (random approach, collaborative filtering, and TOP3 approach)
Readily available high resolution brain MRI scans allow detailed visualization of the brain structures. Researchers have focused on developing methods to quantify shape differences specific to diseased scans. We have developed a novel method to quantify shape information for a specific population based on Multidimensional scaling(MDS). MDS is a well known tool in statistics and here we apply this classical tool to quantify shape change. Distance measures are required in MDS which are computed from pair-wise image registrations of the training set. Registration step establishes spatial correspondence among scans so that they can be compared in the same spatial framework. One benefit of our method is that it is quite robust to errors in registrations. Applying our method to 13 brain MRI showed clear separation between normal and diseased (Cushing's syndrome). Intentionally perturbing the image registration results did not significantly affect the separability of two clusters. We have developed a novel method to quantify shape based on MDS, which is robust to image mis-registration.
A study of domestic furniture arrangements may reveal the living style relevant to the room as conceived and coded by occupants and the effects of the physical environment on the structure of behavior settings. The purpose of this study was to investigate, through analizing the furniture usage and behavior as a non-reactive and activity oriented behavioral measures, the occupants` domestic habits as a living style using MDS. MDS(multidimensional scaling technique) is a statistical technique for creating a spatial representation of data. It Is a particularly appropriate technique for analizing qualitative data such as the furniture usage and behavior because it takes into account all of the relationships between items. For the MDS analysis, the furniture usage and behavior examined by housing types based on 114 households in Seoul. The result of spatial configuration by MDS has three dimensions : recogn;lion of room function, pattern of room organization, understanding of room meaning. The effect of housing types for dimensions is identical but configuration of furniture items is different.
Since the non-metric Multidimensional scaling (nMDS), a data visualization technique, provides with insights about engineering, economic, and scientific applications, it is widely used for analyzing large non-metric multidimensional data sets. The nMDS requires a fitness function to measure fit of the proximity data by the distances among n objects. Most commonly used fitness functions are nonlinear and have a difficulty to find a good configuration. In this paper, we propose a new fitness function, an absolute value type, and show its advantages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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