基于商空间理论的非平衡数据集分类算法

在机器学习及其分类问题时经常会遇到非平衡数据集,为了提高非平衡数据集分类的有效性,提出了基于商空间理论的过采样分类算法,即QMSVM算法。对训练集中多数类样本进行聚类结构划分,所得划分结果和少数类样本合并进行线性支持向量机(SVM)学习,从而获取多数类样本的支持向量和错分的样本粒;另一方面,获取少数类样本的支持向量和错分的样本,进行SMOTE采样,最后把上述得到的两类样本合并进行SVM学习,这样来实现学习数据集的再平衡处理,从而得到更加合理的分类超平面。实验结果表明,和其他几种算法相比,所提算法虽在正确分类率上有所降低,但较大改善了g_means值和acc+值,且对非平衡率较大的数据集效果会更好。     

基于识别关键样本点的非平衡数据核SVM算法

非平衡数据处理中常采用的欠采样方法很少考虑支持向量机(SVM)的特性,并且在原始空间进行采样会导致多数类样本部分关键信息的丢失.针对上述问题,文中提出基于识别关键样本点的非平衡数据核SVM算法.基于初始超平面有效划分多数类样本,在高维空间中对每个分块进行核异类近邻抽样,得到多数类中的关键样本点,使用关键样本点和少数类样本训练最终核SVM分类器.在多个数据集上的实验证明文中算法的可行性和有效性,特别是在非平衡度高于10∶1的数据集上,文中算法优势明显.     

基于混合采样的非平衡数据分类算法

过采样和欠采样方法是处理非平衡数据集分类的常用方法,但使用单一的采样算法可能造成少数类样本过拟合或者丢失含有重要信息的样本。提出了基于分类超平面的混合采样算法SVM_HS(hybrid sampling algorithm based on support vector machine),旨在克服SVM算法在处理非平衡数据时分类超平面容易偏向少数类样本的问题。该算法首先利用SVM算法得到分类超平面。然后迭代进行混合采样,主要包括:(1)删除离分类超平面较远的一些多数类样本;(2)对靠近真实类边界的少数类样本用SMOTE(synthetic minority oversampling technique)过采样,使分类超平面向着真实类边界方向偏移。实验结果表明相比其他相关算法,该算法的F-value值和G-mean值均有较大提高。     

一种基于SVM的非均衡数据集过采样方法

针对不平衡数据集分类结果偏向多数类的问题,重采样技术是解决此问题的有效方法之一。而传统过采样算法易合成无效样本,欠采样方法易剔除重要样本信息。基于此提出一种基于SVM的不平衡数据过采样方法SVMOM（Oversampling Method Based on SVM）。SVMOM通过迭代合成样本。在迭代过程中,通过SVM得到分类超平面;根据每个少数类样本到分类超平面的距离赋予样本距离权重;同时考虑少数类样本的类内平衡,根据样本的分布计算样本的密度,赋予样本密度权重;依据样本的距离权重和密度权重计算每个少数类样本的选择权重,根据样本的选择权重选择样本运用SMOTE合成新样本,达到平衡数据集的目的。实验结果表明,提出的算法在一定程度上解决了分类结果偏向多数类的问题,验证了算法的有效性。     

基于边界混合重采样的非平衡数据分类方法

在非平衡数据分类问题中,为了合成有价值的新样本和删除无影响的原样本,提出一种基于边界混合重采样的非平衡数据分类算法。该算法首先引入支持k-离群度概念,找出数据集中的边界点集和非边界点集;利用改进的SMOTE算法将少数类中的边界点作为目标样本合成新的点集,同时对多数类中的非边界点采用基于距离的欠采样算法,以此达到类之间的平衡。通过实验结果对比表明了该算法在保证G-mean值较优的前提下,一定程度上提高了少数类的分类精度。     

一种改进的降噪自编码神经网络不平衡数据分类算法

针对少数类样本合成过采样技术(Synthetic Minority Over-Sampling Technique, SMOTE)在合成少数类新样本时会带来噪音问题,提出了一种改进降噪自编码神经网络不平衡数据分类算法(SMOTE-SDAE)。该算法首先通过SMOTE方法合成少数类新样本以均衡原始数据集,考虑到合成样本过程中会产生噪音的影响,利用降噪自编码神经网络算法的逐层无监督降噪学习和有监督微调过程,有效实现对过采样数据集的降噪处理与数据分类。在UCI不平衡数据集上实验结果表明,相比传统SVM算法,该算法显著提高了不平衡数据集中少数类的分类精度。     

基于NKSMOTE算法的非平衡数据集分类方法

SMOTE(Synthetic Minority Over-sampling TEchnique)在进行样本合成时只在少数类中求其K近邻,这会导致过采样之后少数类样本的密集程度不变的问题。鉴于此,提出一种新的过采样算法NKSMOTE(New Kernel Synthetic Minority Over-Sampling Technique)。该算法首先利用一个非线性映射函数将样本映射到一个高维的核空间,然后在核空间上计算少数类样本在所有样本中的K个近邻,最后根据少数类样本的分布对算法分类性能的影响程度赋予少数类样本不同的向上采样倍率,从而改变数据集的非平衡度。实验采用决策树(Decision Tree,DT)、误差逆传播算法(error BackPropagation,BP)、随机森林(Random Forest,RF)作为分类算法,并将几类经典的过采样方法和文中提出的过采样方法进行多组对比实验。在UCI数据集上的实验结果表明,NKSMOTE算法具有更好的分类性能。     

基于DPC聚类重采样结合ELM的不平衡数据分类算法

采样技术与ELM分类算法进行结合可提高少数类样本的分类精度,但现有的大多数结合ELM的采样方法并未考虑到样本的不平衡程度及样本内部的分布情况,采样技术过于单一,导致分类模型的效率低下,少数类样本的识别率不高。针对此问题,提出了一种基于DPC聚类的重采样技术结合ELM的不平衡数据分类算法,首先根据数据集的不平衡程度分2种情况构建一个混合采样模型来平衡数据集;然后在此模型上运用DPC聚类算法分别对多数类样本和少数类样本进行分析处理,解决数据中存在的类内不平衡和噪声问题,使得2类样本相对均衡;最后使用ELM分类算法对得到的数据集进行分类。实验结果表明,与同类型分类算法进行比较,所提算法的2个分类性能指标在实验数据集上都有明显提升。     

类不平衡数据的EM聚类过采样算法

针对分类任务中的不平衡数据集造成的分类性能低下的问题,提出了类不平衡数据的EM聚类过采样算法,通过过采样提高少数类样本数量,从根本上解决数据不平衡问题。首先,算法采用聚类技术,通过欧式距离衡量样本间的相似度,选取每个聚类簇的中心点作为过采样点,一定程度解决了样本的重要程度不够的问题;其次,通过直接在少数类样本空间上进行采样,可较好解决SMOTE、Cluster-SMOTE等方法对聚类空间没有针对性的问题;同时,通过对少数类样本数量的30%进行过采样,有效解决基于Cluster聚类的欠采样盲目追求两类样本数量平衡和SMOTE等算法没有明确采样率的问题。在公开的24个类不平衡数据集上进行了实验,验证了方法的有效性。     

基于模糊支持向量机的非平衡数据分类

支持向量机(SVM)作为一种有效的机器学习技术可以很好地处理平衡数据集,然而除了对噪声点和野点敏感以外,SVM在非平衡数据分类时会偏向多数类(负类)样本,从而导致少数类(正类)的分类精度变差。为了克服以上问题,提出了一种改进的模糊支持向量机(FSVM)算法。新算法在设计模糊隶属度时,不仅考虑样本到其所在类中心的距离,还考虑了样本的紧密度特征。实验结果表明,相对于标准SVM及已有的FSVM模型,新方法对于非平衡且含有噪声的数据集有更好的分类效果。     

局部Gist特征匹配核的场景分类

针对场景分类任务中全局Gist特征粒度较为粗糙的问题,提出一种基于稠密网格的局部Gist特征描述,利用空间金字塔结构加入空间信息,通过引入RGB颜色空间加入颜色信息,并基于词汇包(BOW)模型设计一种高效匹配核来度量局部特征间的相似性,核化特征匹配过程,使用线性SVM完成场景分类.实验考察了不同尺度、方向、粒度和不同匹配核的局部Gist特征以及训练样本集的大小对分类结果的影响,并通过在OT场景图像集上与全局Gist特征和稠密SIFT特征的场景分类结果进行比较,充分说明了本文特征构造方法和分类模型的有效性.     

融合特征边界信息的不平衡数据过采样方法

针对实际应用中存在的数据集分布不平衡的问题，提出一种融合特征边界数据信息的过采样方法。去除数据集中的噪声点，基于少数类样本点的多类近邻集合，融合特征边界的几何分布信息获得有利于定义最优非线性分类边界的少数类样本点，通过其与所属类簇的结合生成新样本。对不平衡数据集采用多种过采样技术处理后，利用支持向量机进行分类，对比实验表明所提方法有效改善了不平衡数据的分类精度，验证了算法的有效性。     

基于卷积神经网络和代价敏感的不平衡图像分类方法

针对不平衡图像分类中少数类查全率低、分类结果总代价高,以及人工提取特征主观性强而且费时费力的问题,提出了一种基于Triplet-sampling的卷积神经网络（Triplet-sampling CNN）和代价敏感支持向量机（CSSVM）的不平衡图像分类方法——Triplet-CSSVM。该方法将分类过程分为特征学习和代价敏感分类两部分。首先,利用误差公式为三元损失函数的卷积神经网络端对端地学习将图像映射到欧几里得空间的编码方法;然后,结合采样方法重构数据集,使其分布平衡化;最后,使用CSSVM分类算法给不同类别赋以不同的代价因子,获得最佳代价最小的分类结果。在深度学习框架Caffe上使用人像数据集FaceScrub进行实验。实验结果表明,所提方法在1∶3的不平衡率下,与VGGNet-SVM方法相比,少数类的精确率提高了31个百分点,召回率提高了71个百分点。     

基于谱聚类欠取样的不均衡数据SVM分类算法

提出一种基于谱聚类欠取样的不均衡数据支持向量机(SVM)分类算法.该算法首先在核空间中对多数类样本进行谱聚类;然后在每个聚类中根据聚类大小和该聚类与少数类样本间的距离,选择具有代表意义的信息点;最终实现训练样本间的数目均衡.实验中将该算法同其他不均衡数据预处理方法相比较,结果表明该算法不仅能有效提高SVM算法对少数类的分类性能,而且总体分类性能及运行效率都有明显提高.     

Preservation of local linearity by neighborhood subspace scaling for solving the pre-image problem

An important issue involved in kernel methods is the pre-image problem. However, it is an ill-posed problem, as the solution is usually nonexistent or not unique. In contrast to direct methods aimed at minimizing the distance in feature space, indirect methods aimed at constructing approximate equivalent models have shown outstanding performance. In this paper, an indirect method for solving the pre-image problem is proposed. In the proposed algorithm, an inverse mapping process is constructed based on a novel framework that preserves local linearity. In this framework, a local nonlinear transformation is implicitly conducted by neighborhood subspace scaling transformation to preserve the local linearity between feature space and input space. By extending the inverse mapping process to test samples, we can obtain pre-images in input space. The proposed method is non-iterative, and can be used for any kernel functions. Experimental results based on image denoising using kernel principal component analysis （PCA） show that the proposed method outperforms the state-of-the-art methods for solving the pre-image problem.     

基于核稀疏表示的属性选择算法

为解决高维数据在分类时造成的“维数灾难”问题,提出一种新的将核函数与稀疏学习相结合的属性选择算法。具体地,首先将每一维属性利用核函数映射到核空间,在此高维核空间上执行线性属性选择,从而实现低维空间上的非线性属性选择;其次,对映射到核空间上的属性进行稀疏重构,得到原始数据集的一种稀疏表达方式;接着利用L 1范数构建属性评分选择机制,选出最优属性子集;最后,将属性选择后的数据用于分类实验。在公开数据集上的实验结果表明,该算法能够较好地实现属性选择,与对比算法相比分类准确率提高了约3%。     

新的基于代价敏感集成学习的非平衡数据集分类方法NIBoost

现实生活中存在大量的非平衡数据,大多数传统的分类算法假定类分布平衡或者样本的错分代价相同,因此在对这些非平衡数据进行分类时会出现少数类样本错分的问题。针对上述问题,在代价敏感的理论基础上,提出了一种新的基于代价敏感集成学习的非平衡数据分类算法--NIBoost（New Imbalanced Boost）。首先,在每次迭代过程中利用过采样算法新增一定数目的少数类样本来对数据集进行平衡,在该新数据集上训练分类器;其次,使用该分类器对数据集进行分类,并得到各样本的预测类标及该分类器的分类错误率;最后,根据分类错误率和预测的类标计算该分类器的权重系数及各样本新的权重。实验采用决策树、朴素贝叶斯作为弱分类器算法,在UCI数据集上的实验结果表明,当以决策树作为基分类器时,与RareBoost算法相比,F-value最高提高了5.91个百分点、G-mean最高提高了7.44个百分点、AUC最高提高了4.38个百分点;故该新算法在处理非平衡数据分类问题上具有一定的优势。     

不平衡数据集中的组合分类算法

为提高少数类的分类性能,对基于数据预处理的组合分类器算法进行了研究.利用Tomek links对数据集进行预处理;把新数据集里的多数类样本按照不平衡比拆分为多个子集,每个子集和少数类样本合并成新子集;用最小二乘支持向量机对每个新子集进行训练,把训练后的各个子分类器组合为一个分类系统,新的测试样本的类别将由这个分类系统投票表决.数据试验结果表明,该算法在多数类和少数类的分类性能方面,都优于最小二乘支持向量机过抽样方法和欠抽样方法.     

Kernel sparse representation based classification

Sparse representation has attracted great attention in the past few years. Sparse representation based classification (SRC) algorithm was developed and successfully used for classification. In this paper, a kernel sparse representation based classification (KSRC) algorithm is proposed. Samples are mapped into a high dimensional feature space first and then SRC is performed in this new feature space by utilizing kernel trick. Since samples in the high dimensional feature space are unknown, we cannot perform KSRC directly. In order to overcome this difficulty, we give the method to solve the problem of sparse representation in the high dimensional feature space. If an appropriate kernel is selected, in the high dimensional feature space, a test sample is probably represented as the linear combination of training samples of the same class more accurately. Therefore, KSRC has more powerful classification ability than SRC. Experiments of face recognition, palmprint recognition and finger-knuckle-print recognition demonstrate the effectiveness of KSRC.