Clustering remains an important and challenging task of grouping samples into clusters without manual annotations. Recent works have achieved excellent results on small datasets by performing clustering on feature representations learned from self-supervised learning. However, for datasets with a large number of clusters, such as ImageNet, current methods still can not achieve high clustering performance. In this paper, we propose Contrastive Learning-based Clustering (CLC), which uses contrastive learning to directly learn cluster assignment. We decompose the representation into two parts: one encodes the categorical information under an equipartition constraint, and the other captures the instance-wise factors. We propose a contrastive loss using both parts of the representation. We theoretically analyze the proposed contrastive loss and reveal that CLC sets different weights for the negative samples while learning cluster assignments. Further gradient analysis shows that the larger weights tend to focus more on the hard negative samples. Therefore, the proposed loss has high expressiveness that enables us to efficiently learn cluster assignments. Experimental evaluation shows that CLC achieves overall state-of-the-art or highly competitive clustering performance on multiple benchmark datasets. In particular, we achieve 53.4% accuracy on the full ImageNet dataset and outperform existing methods by large margins (+ 10.2%).


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