As in other estimation scenarios, likelihood based estimation in the normal mixture set-up is highly non-robust against model misspecification and presence of outliers (apart from being an ill-posed optimization problem). We propose a robust alternative to the ordinary likelihood approach for this estimation problem which performs simultaneous estimation and data clustering and leads to subsequent anomaly detection. To invoke robustness, we follow, in spirit, the methodology based on the minimization of the density power divergence (or alternatively, the maximization of the $\beta$-likelihood) under suitable constraints. An iteratively reweighted least squares approach has been followed in order to compute our estimators for the component means (or equivalently cluster centers) and component dispersion matrices which leads to simultaneous data clustering. Some exploratory techniques are also suggested for anomaly detection, a problem of great importance in the domain of statistics and machine learning. Existence and consistency of the estimators are established under the aforesaid constraints. We validate our method with simulation studies under different set-ups; it is seen to perform competitively or better compared to the popular existing methods like K-means and TCLUST, especially when the mixture components (i.e., the clusters) share regions with significant overlap or outlying clusters exist with small but non-negligible weights. Two real datasets are also used to illustrate the performance of our method in comparison with others along with an application in image processing. It is observed that our method detects the clusters with lower misclassification rates and successfully points out the outlying (anomalous) observations from these datasets.


翻译:与其他估计假设一样,正常混合物设置中基于可能性的估算与模型的偏差和外差的存在相比,非常不坏(除了不适当的最佳化问题之外),非常不坏。我们建议对这个估算问题采用一种稳健的替代方法,即同时进行估算和数据群集,并导致随后发现异常现象。为了援引稳健性,我们从精神上遵循基于将密度功率差异最小化(或者在适当限制下最大限度地使用美元或类似美元的方法)的方法。我们采用反复重排的最小正方形方法,以便计算组成手段(或相等的集群中心)和导致同时数据群集的部件分散矩阵的估测率。我们建议采用一些探索技术,以探测异常性,这是统计和机器学习领域的一个非常重要的问题。根据上述限制,我们采用以最小功率差为基础的方法(我们通过不同设置的模拟研究来验证我们的方法,我们发现它比普通的最小正值的平方块方法要高一些,例如K means 和 TCLIL 分散的矩阵计算率, 也成功地计算出与不甚精确的组集数据。

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