基于深度网络的快速少样本学习算法

少样本学习方法模拟人类从少量样本中学习的认知过程,已成为机器学习研究领域的热点.针对目前少样本学习迭代过程的任务量较大、过拟合现象严重等问题,文中提出基于深度网络的快速少样本学习算法.首先,利用核密度估计和图像滤波方法向训练集加入多种类型的随机噪声,生成支持集和查询集.再利用原型网络提取支持集和查询集图像特征,并根据Bregman散度,以每类支持集支持样本的中心点作为类原型.然后,使用L2范数度量支持集与查询图像的距离,利用交叉熵反馈损失,生成多个异构的基分类器.最后,采用投票机制融合基分类器的非线性分类结果.实验表明,文中算法能加快少样本学习收敛速度,分类准确率较高,鲁棒性较强.     

基于多视图的半监督集成学习方法

针对集成学习方法中分类器差异性不足以及已标记样本少的问题,提出了一种新的半监督集成学习算法,将半监督方法引入到集成学习中,利用大量未标记样本的信息来细化每个基分类器,并且构造差异性更大的基分类器,首先通过多视图方法选取合适的未标记样本,并使用多视图方法将大量繁杂的特征属性分类,使用不同的特征降维方法对不同的视图进行降维,便与输入到学习模型中,同时采用相互独立的学习模型来增加集成的多样性。在UCI数据集上的实验结果表明,与使用单视图数据相比,使用多视图数据可以实现更准确的分类,并且与现有的诸如Boosting、三重训练算法比较,使用差异性更高的基学习器以及引入半监督方法能够有效提升集成学习的性能效果。     

基于主动学习和半监督学习的多类图像分类

多数图像分类算法需要大量的训练样本对分类器模型进行训练.在实际应用中, 对大量样本进行标注非常枯燥、耗时.对于一些特殊图像,如合成孔径雷达 (Synthetic aperture radar, SAR)图像, 对其内容判读非常困难,因此能够获得的标注样本数量非常有限. 本文将基于最优标号和次优标号(Best vs second-best, BvSB)的主动学习和带约束条件的自学习(Constrained self-training, CST) 引入到基于支持向量机(Support vector machine, SVM)分类器的图像分类算法中,提出了一种新的图像分类方法.通过BvSB 主动学习去挖掘那些对当前分类器模型最有价值的样本进行人工标注,并借助CST半 监督学习进一步利用样本集中大量的未标注样本,使得在花费较小标注代价情况下, 能够获得良好的分类性能.将新方法与随机样本选择、基于熵的不确定性采样主动学 习算法以及BvSB主动学习方法进行了性能比较.对3个光学图像集及1个SAR图像集分类 问题的实验结果显示,新方法能够有效地减少分类器训练时所需的人工标注样本的数 量,并获得较高的准确率和较好的鲁棒性.     

基于DESMID-AD动态选择的类别不平衡信用评估模型

针对现实信用评估业务中样本类别不平衡和代价敏感的情况,为降低信用风险评估的误分类损失,提出一种基于DESMID-AD动态选择的信用评估集成模型,根据每一个测试样本的特点动态地选择合适的基分类器对其进行信用预测.为提高模型对信用差客户(小类)的识别能力,在基分类器训练前使用过采样的方法对训练数据作类别平衡,采用元学习的方式基于多个指标进行基分类器的性能评估并在此阶段设计权重机制增强小类的影响.在三个公开信用评估数据集上,以AUC、一型、二型错误率以及误分类代价作为评价指标,与九种信用评估常用模型做比较,证明了该方法在信用评估领域的有效性和可行性.     

基于样本不确定性的增量式数据流分类研究

具有概念漂移的数据流分类应用场景逐渐增多,如何解决该类问题成为研究热点.文中根据数据流概念漂移特征,结合增量学习原理实现基于样本不确定性选择策略的增量式数据流分类(IDSCBUC)模型.分类模型用支持向量机作为训练器,基于当前分类器从相邻训练集中按照样本不确定性值选择出"富信息"样本代表新概念样本集,把新概念样本集与支持向量集合并更新分类器,形成新的分类模型.理论分析和实验结果表明该方案是可行的,且具备抗噪声能力.     

面向样本不平衡的网络安全态势要素获取

针对传统的网络安全态势要素获取模型中,当样本分布不平衡时,占比很少的样本（统称小样本）不能被有效检测,准确识别到每一类攻击样本成为研究热点之一。利用深度学习提出了一种面向样本不平衡的要素获取模型,利用卷积神经网络作为基分类器提取网络数据的深层特征,其次使用GAN生成对抗网络扩充小样本的方法,解决样本分布不均衡问题。在扩充后的平衡数据集上采用迁移学习,加快基分类器到适应于小样本的新分类的训练时间。在NSL-KDD数据集上的实验表明,经过生成对抗网络扩充后的数据集,结合迁移学习有效加快了模型训练收敛速度,并有效提高网络安全态势要素获取的分类精度。     

基于仿射聚类的主动SVM多类分类方法

针对现有的主动学习算法在多分类器应用中存在准确率低、速度慢等问题,将基于仿射传播(AP)聚类的主动学习算法引入到多分类支持向量机中,每次迭代主动选择最有利于改善多类SVM分类器性能的N个新样本点添加到训练样本点中进行学习,使得在花费较小标注代价情况下,能够获得较高的分类性能。在多个不同数据集上的实验结果表明,新方法能够有效地减少分类器训练时所需的人工标注样本点的数量,并获得较高的准确率和较好的鲁棒性。     

基于训练集平行分割的集成学习算法研究

针对大规模数据分类中训练集分解导致的分类器泛化能力下降问题,提出基于训练集平行分割的集成学习算法.它采用多簇平行超平面对训练集实施多次划分,在各次划分的训练集上采用一种模块化支持向量机网络算法训练基分类器.测试时采用多数投票法对各个基分类器的输出进行集成.在3个大规模问题上的实验表明:在不增加训练时间和测试时间的条件下,集成学习在保持分类器偏置基本不变的同时有效减少了分类器的方差,从而有效降低了由于训练集分割导致的分类器泛化能力下降.     

基于动态策略的多源迁移学习数据流分类研究

为解决数据流分类中的概念漂移和噪声问题,提出一种基于样本确定性的多源迁移学习方法。该方法存储多源领域上由训练得到的分类器,求出各源领域分类器对目标领域数据块中每个样本的类别后验概率和样本确定性值。在此基础上,将样本确定性值满足当前阈值限制的源领域分类器与目标领域分类器进行在线集成,从而将多个源领域的知识迁移到目标领域。实验结果表明,该方法能够有效消除噪声数据流给不确定分类器带来的不利影响,与基于准确率选择集成的多源迁移学习方法相比,具有更高的分类准确率和抗噪稳定性。     

基于半监督协同训练的多标签文本分类模型

为降低数据标注的成本并提高投诉文本分类的准确率,本文提出基于半监督协同训练的多标签文本分类模型。该模型通过构建多个基分类器组的方式进行训练,其中每个基分类器组都由随机森林和支持向量机组成,并通过打伪标签的方式扩充有标签数据集进行循环训练至模型收敛,最终整合分类结果,充分发挥各学习器在不同特征上的分类优势,并在实验中验证该模型的有效性。     

Multi-armed bandit heterogeneous ensemble learning for imbalanced data

One of the most widely used approaches to the class-imbalanced issue is ensemble learning. The base classifier is trained using an unbalanced training set in the conventional ensemble learning approach. We are unable to select the best suitable resampling method or base classifier for the training set, despite the fact that researchers have examined employing resampling strategies to balance the training set. A multi-armed bandit heterogeneous ensemble framework was developed as a solution to these issues. This framework employs the multi-armed bandit technique to pick the best base classifier and resampling techniques to build a heterogeneous ensemble model. To obtain training sets, we first employ the bagging technique. Then, we use the instances from the out-of-bag set as the validation set. In general, we consider the basic classifier combination with the highest validation set score to be the best model on the bagging subset and add it to the pool of model. The classification performance of the multi-armed bandit heterogeneous ensemble model is then assessed using 30 real-world imbalanced data sets that were gathered from UCI, KEEL, and HDDT. The experimental results demonstrate that, under the two assessment metrics of AUC and Kappa, the proposed heterogeneous ensemble model performs competitively with other nine state-of-the-art ensemble learning methods. At the same time, the findings of the experiment are confirmed by the statistical findings of the Friedman test and Holm's post-hoc test.     

Cancer classification with data augmentation based on generative adversarial networks

Accurate diagnosis is a significant step in cancer treatment. Machine learning can support doctors in prognosis decision-making, and its performance is always weakened by the high dimension and small quantity of genetic data. Fortunately, deep learning can effectively process the high dimensional data with growing. However, the problem of inadequate data remains unsolved and has lowered the performance of deep learning. To end it, we propose a generative adversarial model that uses non target cancer data to help target generator training. We use the reconstruction loss to further stabilize model training and improve the quality of generated samples. We also present a cancer classification model to optimize classification performance. Experimental results prove that mean absolute error of cancer gene made by our model is 19.3% lower than DC-GAN, and the classification accuracy rate of our produced data is higher than the data created by GAN. As for the classification model, the classification accuracy of our model reaches 92.6%, which is 7.6% higher than the model without any generated data.     

一种基于群等变卷积的度量元学习算法

传统机器学习方法泛化性能不佳,需要通过大规模数据训练才能得到较好的拟合结果,因此不能快速学习训练集外的少量数据,对新种类任务适应性较差,而元学习可实现拥有类似人类学习能力的强人工智能,能够快速适应新的数据集,弥补机器学习的不足。针对传统机器学习中的自适应问题,利用样本图片的局部旋转对称性和镜像对称性,提出一种基于群等变卷积神经网络（G-CNN）的度量元学习算法,以提高特征提取能力。利用G-CNN构建4层特征映射网络,根据样本图片中的局部对称信息,将支持集样本映射到合适的度量空间,并以每类样本在度量空间中的特征平均值作为原型点。同时,通过同样的映射网络将查询机映射到度量空间,根据查询集中样本到原型点的距离完成分类。在Omniglot和miniImageNet数据集上的实验结果表明,该算法相比孪生网络、关系网络、MAML等传统4层元学习算法,在平均识别准确率和模型复杂度方面均具有优势。     

基于多样真实任务生成的鲁棒小样本分类方法

随着大数据、计算机与互联网等技术的不断进步,以机器学习和深度学习为代表的人工智能技术取得了巨大成功,尤其是最近不断涌现的各种大模型,极大地加速了人工智能技术在各个领域的应用.但这些技术的成功离不开海量训练数据和充足的计算资源,大大限制了这些方法在一些数据或计算资源匮乏领域的应用.因此,如何利用少量样本进行学习,也就是小样本学习成为以人工智能技术引领新一轮产业变革中一个十分重要的研究问题.小样本学习中最常用的方法是基于元学习的方法,这类方法通过在一系列相似的训练任务上学习解决这类任务的元知识,在新的测试任务上利用元知识可以进行快速学习.虽然这类方法在小样本分类任务上取得了不错的效果,但是这类方法的一个潜在假设是训练任务和测试任务来自同一分布.这意味着训练任务需要足够多才能使模型学到的元知识泛化到不断变化的测试任务中.但是在一些真正数据匮乏的应用场景,训练任务的数量也是难以保证的.为此,提出一种基于多样真实任务生成的鲁棒小样本分类方法(DATG).该方法通过对已有少量任务进行Mixup,可以生成更多的训练任务帮助模型进行学习.通过约束生成任务的多样性和真实性,该方法可以有效提高小样本分类方...     

一种基于半监督主动学习的动态贝叶斯网络算法

本文提出一种基于半监督主动学习的算法，用于解决在建立动态贝叶斯网络(DBN)分类模型时遇到的难以获得大量带有类标注的样本数据集的问题．半监督学习可以有效利用未标注样本数据来学习DBN分类模型，但是在迭代过程中易于加入错误的样本分类信息，并因而影响模型的准确性．在半监督学习中借鉴主动学习，可以自主选择有用的未标注样本来请求用户标注．把这些样本加入训练集之后，能够最大程度提高半监督学习对未标注样本分类的准确性．实验结果表明，该算法能够显著提高DBN学习器的效率和性能，并快速收敛于预定的分类精度．     

On learning effective ensembles of deep neural networks for intrusion detection

Classification-oriented Machine Learning methods are a precious tool, in modern Intrusion Detection Systems (IDSs), for discriminating between suspected intrusion attacks and normal behaviors. Many recent proposals in this field leveraged Deep Neural Network (DNN) methods, capable of learning effective hierarchical data representations automatically. However, many of these solutions were validated on data featuring stationary distributions and/or large amounts of training examples. By contrast, in real IDS applications different kinds of attack tend to occur over time, and only a small fraction of the data instances is labeled (usually with far fewer examples of attacks than of normal behavior). A novel ensemble-based Deep Learning framework is proposed here that tries to face the challenging issues above. Basically, the non-stationary nature of IDS log data is faced by maintaining an ensemble consisting of a number of specialized base DNN classifiers, trained on disjoint chunks of the data instances’ stream, plus a combiner model (reasoning on both the base classifiers predictions and original instance features). In order to learn deep base classifiers effectively from small training samples, an ad-hoc shared DNN architecture is adopted, featuring a combination of dropout capabilities, skip-connections, along with a cost-sensitive loss (for dealing with unbalanced data). Tests results, conducted on two benchmark IDS datasets and involving several competitors, confirmed the effectiveness of our proposal (in terms of both classification accuracy and robustness to data scarcity), and allowed us to evaluate different ensemble combination schemes.     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

多模态引导的局部特征选择小样本学习方法

深度学习模型取得了令人瞩目的成绩,但其训练依赖于大量的标注样本,在标注样本匮乏的场景下模型表现不尽人意.针对这一问题,近年来以研究如何从少量样本快速学习的小样本学习被提了出来,方法主要采用元学习方式对模型进行训练,取得了不错的学习效果.但现有方法:1)通常仅基于样本的视觉特征来识别新类别,信息源较为单一; 2)元学习的使用使得模型从大量相似的小样本任务中学习通用的、可迁移的知识,不可避免地导致模型特征空间趋于一般化,存在样本特征表达不充分、不准确的问题.为解决上述问题,将预训练技术和多模态学习技术引入小样本学习过程,提出基于多模态引导的局部特征选择小样本学习方法.所提方法首先在包含大量样本的已知类别上进行模型预训练,旨在提升模型的特征表达能力;而后在元学习阶段,方法利用元学习对模型进行进一步优化,旨在提升模型的迁移能力或对小样本环境的适应能力,所提方法同时基于样本的视觉特征和文本特征进行局部特征选择来提升样本特征的表达能力,以避免元学习过程中模型特征表达能力的大幅下降;最后所提方法利用选择后的样本特征进行小样本学习.在MiniImageNet、CIFAR-FS和FC-100这3个基准数...     

基于卷积与稀疏编码的半监督学习方法

卷积神经网络（CNN）在半监督学习中取得了良好的成绩,其在训练阶段既利用有标记样本,也利用无标记样本帮助规范化学习模型。为进一步加强半监督模型的特征学习能力,提高其在图像分类时的性能表现,本文提出一种联合深度半监督卷积神经网络和字典学习的端到端半监督学习方法,称为Semi-supervised Learning based on Sparse Coding and Convolution（SSSConv）;该算法框架旨在学习到鉴别性更强的图像特征表示。SSSConv首先利用CNN提取特征,并对所提取特征进行正交投影变换,下一步通过学习其稀疏编码的低维嵌入以得到图像的特征表示,最后据此进行分类。整个模型框架可进行端到端的半监督学习训练,CNN提取特征部分和稀疏编码字典学习部分具有统一的损失函数,目标一致。本文利用共轭梯度下降算法、链式法则和反向传播等算法对目标函数的参数进行优化,将稀疏编码的相关参数约束于流形上,CNN参数既可定义在欧氏空间,也可以进一步定义在正交空间中。基于半监督分类任务的实验结果验证了所提出SSSConv框架的有效性,与现有方法相比具有较强的竞争力。     

壁画图像分类中的分组多实例学习方法

针对壁画图像具有较大类内差异的特点,提出一种分组策略,将样本空间划分为不同的子空间,每一个子空间中的所有训练样本训练分类器模型,测试阶段,根据测试样本落到的子空间来选择不同的分类模型对测试样本进行分类。在各个子空间训练分类器时,为了克服壁画图像较强背景噪音的影响,我们将每一幅壁画图像样本看作多个实例的组成,采用多实例学习的方式来训练分类器。训练过程中,我们引入隐变量用于标识每一个实例,隐变量的存在使得分类器的优化问题不是一个凸问题,因此我们无法用梯度下降法去直接求解,本文中我们采用迭代的方式训练Latent SVM作为每一个子空间的分类器。实验证明了本文的分类模型能够较大程度的解决壁画图像的类内差异以及背景噪音对分类结果造成的影响。