散布図で外れ値を見つける

ある場所に座ってパターンに従うはずのデータポイントのセットがありますが、最終的な分析で不確実性を引き起こす主な場所からのいくつかの散乱ポイントがあります。きちんとした軌跡を取得して、後で分析に適用したいと考えています。青い点は、手動で行わずに洗練された方法で見つけて除外したい散乱点です。

Nearest Neighbors Regressionのようなものを使用することを考えていましたが、それが最善のアプローチであるかどうか、または適切な結果を得るためにどのように実装する必要があるのか​​よくわかりません。ちなみに、フィッティングは一切せずにやりたいです。

データの転置バージョンは次のとおりです。

X=array([[ 0.87 , -0.01 ,  0.575,  1.212,  0.382,  0.418, -0.01 ,  0.474,
         0.432,  0.702,  0.574,  0.45 ,  0.334,  0.565,  0.414,  0.873,
         0.381,  1.103,  0.848,  0.503,  0.27 ,  0.416,  0.939,  1.211,
         1.106,  0.321,  0.709,  0.744,  0.309,  0.247,  0.47 , -0.107,
         0.925,  1.127,  0.833,  0.963,  0.385,  0.572,  0.437,  0.577,
         0.461,  0.474,  1.046,  0.892,  0.313,  1.009,  1.048,  0.349,
         1.189,  0.302,  0.278,  0.629,  0.36 ,  1.188,  0.273,  0.191,
        -0.068,  0.95 ,  1.044,  0.776,  0.726,  1.035,  0.817,  0.55 ,
         0.387,  0.476,  0.473,  0.863,  0.252,  0.664,  0.365,  0.244,
         0.238,  1.203,  0.339,  0.528,  0.326,  0.347,  0.385,  1.139,
         0.748,  0.879,  0.324,  0.265,  0.328,  0.815,  0.38 ,  0.884,
         0.571,  0.416,  0.485,  0.683,  0.496,  0.488,  1.204,  1.18 ,
         0.465,  0.34 ,  0.335,  0.447,  0.28 ,  1.02 ,  0.519,  0.335,
         1.037,  1.126,  0.323,  0.452,  0.201,  0.321,  0.285,  0.587,
         0.292,  0.228,  0.303,  0.844,  0.229,  1.077,  0.864,  0.515,
         0.071,  0.346,  0.255,  0.88 ,  0.24 ,  0.533,  0.725,  0.339,
         0.546,  0.841,  0.43 ,  0.568,  0.311,  0.401,  0.212,  0.691,
         0.565,  0.292,  0.295,  0.587,  0.545,  0.817,  0.324,  0.456,
         0.267,  0.226,  0.262,  0.338,  1.124,  0.373,  0.814,  1.241,
         0.661,  0.229,  0.416,  1.103,  0.226,  1.168,  0.616,  0.593,
         0.803,  1.124,  0.06 ,  0.573,  0.664,  0.882,  0.286,  0.139,
         1.095,  1.112,  1.167,  0.589,  0.3  ,  0.578,  0.727,  0.252,
         0.174,  0.317,  0.427,  1.184,  0.397,  0.43 ,  0.229,  0.261,
         0.632,  0.938,  0.576,  0.37 ,  0.497,  0.54 ,  0.306,  0.315,
         0.335,  0.24 ,  0.344,  0.93 ,  0.134,  0.4  ,  0.223,  1.224,
         1.187,  1.031,  0.25 ,  0.53 , -0.147,  0.087,  0.374,  0.496,
         0.441,  0.884,  0.971,  0.749,  0.432,  0.582,  0.198,  0.615,
         1.146,  0.475,  0.595,  0.304,  0.416,  0.645,  0.281,  0.576,
         1.139,  0.316,  0.892,  0.648,  0.826,  0.299,  0.381,  0.926,
         0.606],
       [-0.154, -0.392, -0.262,  0.214, -0.403, -0.363, -0.461, -0.326,
        -0.349, -0.21 , -0.286, -0.358, -0.436, -0.297, -0.394, -0.166,
        -0.389,  0.029, -0.124, -0.335, -0.419, -0.373, -0.121,  0.358,
         0.042, -0.408, -0.189, -0.213, -0.418, -0.479, -0.303, -0.645,
        -0.153,  0.098, -0.171, -0.066, -0.368, -0.273, -0.329, -0.295,
        -0.362, -0.305, -0.052, -0.171, -0.406, -0.102,  0.011, -0.375,
         0.126, -0.411, -0.42 , -0.27 , -0.407,  0.144, -0.419, -0.465,
        -0.036, -0.099,  0.007, -0.167, -0.205, -0.011, -0.151, -0.267,
        -0.368, -0.342, -0.299, -0.143, -0.42 , -0.232, -0.368, -0.417,
        -0.432,  0.171, -0.388, -0.319, -0.407, -0.379, -0.353,  0.043,
        -0.211, -0.14 , -0.373, -0.431, -0.383, -0.142, -0.345, -0.144,
        -0.302, -0.38 , -0.337, -0.2  , -0.321, -0.269,  0.406,  0.223,
        -0.322, -0.395, -0.379, -0.324, -0.424,  0.01 , -0.298, -0.386,
         0.018,  0.157, -0.384, -0.327, -0.442, -0.388, -0.387, -0.272,
        -0.397, -0.415, -0.388, -0.106, -0.504,  0.034, -0.153, -0.32 ,
        -0.271, -0.417, -0.417, -0.136, -0.447, -0.279, -0.225, -0.372,
        -0.316, -0.161, -0.331, -0.261, -0.409, -0.338, -0.437, -0.242,
        -0.328, -0.403, -0.433, -0.274, -0.331, -0.163, -0.361, -0.298,
        -0.392, -0.447, -0.429, -0.388,  0.11 , -0.348, -0.174,  0.244,
        -0.182, -0.424, -0.319,  0.088, -0.547,  0.189, -0.216, -0.228,
        -0.17 ,  0.125, -0.073, -0.266, -0.234, -0.108, -0.395, -0.395,
         0.131,  0.074,  0.514, -0.235, -0.389, -0.288, -0.22 , -0.416,
        -0.777, -0.358, -0.31 ,  0.817, -0.363, -0.328, -0.424, -0.416,
        -0.248, -0.093, -0.28 , -0.357, -0.348, -0.298, -0.384, -0.394,
        -0.362, -0.415, -0.349, -0.08 , -0.572, -0.07 , -0.423,  0.359,
         0.4  ,  0.099, -0.426, -0.252, -0.697, -0.508, -0.348, -0.254,
        -0.307, -0.116, -0.029, -0.201, -0.302, -0.25 , -0.44 , -0.233,
         0.274, -0.295, -0.223, -0.398, -0.298, -0.209, -0.389, -0.247,
         0.225, -0.395, -0.124, -0.237, -0.104, -0.361, -0.335, -0.083,
        -0.254]])

「散らばった」ポイントを特定するための出発点として、カーネル密度の推定値が比較的低い場所に焦点を当てることを検討してください。

この提案は、点の「軌跡」（ほとんどの点がそれに沿った1つまたは複数の曲線）について、ほとんどまたはまったく知られていないか、または疑われていることを想定しており、データの半自動探索の精神で作成されています（仮説のテストではなく）。

カーネル幅と「比較的低い」しきい値を試してみる必要があるかもしれません。前者を推定する適切な自動方法が存在しますが、後者は（低い値のクラスターを特定するために）データポイントでの密度の分析によって特定できます。

例

$X$

密度が比較的低いポイントは自動的に囲まれます。（これらのポイントの密度は、すべてのポイントの平均密度の8分の1未満です。）これらには、低精度のポイントのほとんど（すべてではない）と一部の高精度のポイントが含まれます（上部）正しい）。曲線の近くにある低精度の点（高精度の点によって推定される）は円で囲まれていません。高精度の点の旋回は、点が疎であるところはどこでも、基礎となる曲線のトレースが不確実になるという事実を強調します。これは推奨されるアプローチの機能であり、制限ではありません。

コード

Rこの例を生成するコードを次に示します。ksライブラリを使用して、ポイントパターンの異方性を評価し、指向性のあるカーネル形状を作成します。このアプローチは、点群が長くて細くなる傾向があるサンプルデータでうまく機能します。

#
# Simulate some data.
#
f <- function(x) -0.55 + 0.45*x + 0.01/(1.2-x)^2 # The underlying curve

set.seed(17)
n1 <- 280; n2 <- 15
x <- c(1.2 - rbeta(n1,.9, .6), rep(0.1, n2))
y <- f(x)
d <- data.frame(x=x + c(rnorm(n1, 0, 0.025), rnorm(n2, 0, 0.1)),
                   y=y + c(rnorm(n1, 0, 0.025), rnorm(n2, 0, 0.33)),
                   group=c(rep(1, n1), rep(2, n2)))
d <- subset(d, subset=(y <= 1.0)) # Omit any high-y points
#
# Plot the density estimate.
#
require(ks)
p <- cbind(d$x, d$y)
dens <- kde(p)
n.levels <- 13
colors <- gray(seq(1, 0, length.out=n.levels))
plot(dens, display="filled.contour2", cont=seq(0, 100, length.out=n.levels),
     col=colors, xlab="X", ylab="Y")
#
# Evaluate densities at the data points.
#
dens <- kde(p, eval.points=p)
d$Density <- dens$estimate
#
# Plot the (correct) curve and the points.
#
curve(f(x), add=TRUE, to=1.2, col="Black")
points(d$x, d$y, ylim=c(-1,1), pch=19, cex=sqrt(d$Density/8),
     col=ifelse(d$group==1, "Red", "Blue"))
#
# Highlight some low-density points.
#
m <- mean(d$Density)
e <- subset(d, subset=(Density < m/10))
points(e$x, e$y, col="#00000080")