Determining the appropriate number of clusters in unsupervised learning is a central problem in statistics and data science. Traditional validity indices such as Calinski-Harabasz, Silhouette, and Davies-Bouldin-depend on centroid-based distances and therefore degrade in high-dimensional or contaminated data. This paper proposes a new robust, nonparametric clustering validation framework, the High-Dimensional Between-Within Distance Median (HD-BWDM), which extends the recently introduced BWDM criterion to high-dimensional spaces. HD-BWDM integrates random projection and principal component analysis to mitigate the curse of dimensionality and applies trimmed clustering and medoid-based distances to ensure robustness against outliers. We derive theoretical results showing consistency and convergence under Johnson-Lindenstrauss embeddings. Extensive simulations demonstrate that HD-BWDM remains stable and interpretable under high-dimensional projections and contamination, providing a robust alternative to traditional centroid-based validation criteria. The proposed method provides a theoretically grounded, computationally efficient stopping rule for nonparametric clustering in modern high-dimensional applications.


翻译:在无监督学习中确定合适的聚类数量是统计学和数据科学的核心问题。传统的有效性指标(如Calinski-Harabasz、Silhouette和Davies-Bouldin)依赖于基于质心的距离度量,因此在高维或受污染数据中性能会下降。本文提出了一种新的鲁棒非参数聚类验证框架——高维类间-类内距离中位数(HD-BWDM),该框架将最近提出的BWDM准则扩展至高维空间。HD-BWDM整合了随机投影和主成分分析以缓解维度灾难问题,并采用修剪聚类和基于中心点的距离度量来确保对异常值的鲁棒性。我们推导了在Johnson-Lindenstrauss嵌入下的理论结果,证明了方法的收敛性与一致性。大量仿真实验表明,HD-BWDM在高维投影和污染条件下仍能保持稳定性和可解释性,为传统的基于质心的验证标准提供了鲁棒的替代方案。所提出的方法为现代高维应用中的非参数聚类问题提供了理论完备、计算高效的停止准则。

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