基于半监督集成学习的软件缺陷预测*

在软件缺陷预测中,标记样本不足与类不平衡问题会影响预测结果.为了解决这些问题,文中提出基于半监督集成学习的软件缺陷预测方法.该方法利用大量存在的未标记样本进行学习,得到较好的分类器,同时能集成一系列弱分类器,减少多数类数据对预测产生的偏倚.考虑到预测风险成本问题,文中还采用训练样本集权重向量更新策略,降低有缺陷模块预测为无缺陷模块的风险.在NASA MDP数据集上的对比实验表明,文中方法具有较好的预测效果.     

基于分歧的半监督学习

传统监督学习通常需使用大量有标记的数据样本作为训练例,而在很多现实问题中,人们虽能容易地获得大批数据样本,但为数据 提供标记却需耗费很多人力物力.那么,在仅有少量有标记数据时,可否通过对大量未标记数据进行利用来提升学习性能呢？为此,半监督学习 成为近十多年来机器学习的一大研究热点.基于分歧的半监督学习是该领域的主流范型之一,它通过使用多个学习器来对未标记数据进行利用, 而学习器间的"分歧"对学习成效至关重要.本文将综述简介这方面的一些研究进展.     

半监督多示例核

在多示例学习中引入利用未标记示例的机制,能降低训练的成本并提高学习器的泛化能力。当前半监督多示例学习算法大部分是基于对包中的每一个示例进行标记,把多示例学习转化为一个单示例半监督学习问题。考虑到包的类标记由包中示例及包的结构决定,提出一种直接在包层次上进行半监督学习的多示例学习算法。通过定义多示例核,利用所有包(有标记和未标记)计算包层次的图拉普拉斯矩阵,作为优化目标中的光滑性惩罚项。在多示例核所张成的RKHS空间中寻找最优解被归结为确定一个经过未标记数据修改的多示例核函数,它能直接用在经典的核学习方法上。在实验数据集上对算法进行了测试,并和已有的算法进行了比较。实验结果表明,基于半监督多示例核的算法能够使用更少量的训练数据而达到与监督学习算法同样的精度,在有标记数据集相同的情况下利用未标记数据能有效地提高学习器的泛化能力。     

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。     

半监督集成学习综述

半监督学习和集成学习是目前机器学习领域中两个非常重要的研究方向,半监督学习注重利用有标记样本与无标记样本来获得高性能分类器,而集成学习旨在利用多个学习器进行集成以提升弱学习器的精度。半监督集成学习是将半监督学习和集成学习进行组合来提升分类器泛化性能的机器学习新方法。首先,在分析半监督集成学习发展过程的基础上,发现半监督集成学习起源于基于分歧的半监督学习方法;然后,综合分析现有半监督集成学习方法,将其分为基于半监督的集成学习与基于集成的半监督学习两大类,并对主要的半监督集成方法进行了介绍;最后,对现有研究进了总结,并讨论了未来值得研究的问题。     

SUCE:基于聚类集成的半监督二分类方法

半监督学习和集成学习是目前机器学习领域中的重要方法。半监督学习利用未标记样本,而集成学习综合多个弱学习器,以提高分类精度。针对名词型数据,本文提出一种融合聚类和集成学习的半监督分类方法SUCE。在不同的参数设置下,采用多个聚类算法生成大量的弱学习器;利用已有的类标签信息,对弱学习器进行评价和选择;通过集成弱学习器对测试集进行预分类,并将置信度高的样本放入训练集;利用扩展的训练集,使用ID3、Nave Bayes、 kNN、C4.5、OneR、Logistic等基础算法对其他样本进行分类。在UCI数据集上的实验结果表明,当训练样本较少时,本方法能稳定提高多数基础算法的准确性。     

基于半监督回归的选择性集成算法

为了提高小数据量的有标记样本问题中学习器的性能,结合半监督学习和选择性集成学习,提出了基于半监督回归的选择性集成算法SSRES。算法基于半监督学习的基本思想,同时使用有标记样本和未标记样本训练学习器从而减少对有标记样本的需求,使用选择性集成算法GRES对不同学习器进行适当的选择,并将选择的结果结合提高学习器的泛化能力。实验结果表明,在小数据量的有标记样本问题中,该算法能够有效地提高学习器的性能。     

基于Nyström 低阶近似的半监督流形排序图像检索

实际图像检索过程中,用户提供的相关反馈有限,但存在大量未标记图像数据. 本文在前期半监督流形图像检索工作的基础上,提出一种基于Nystrm低阶 近似的半监督流形排序图像检索方法.通过采用半监督的流形正则化框架, 将图像数据嵌入到低维流形结构中进行分类排序,以充分利用大量未标记数据, 并兼顾分类误差、数据分布的几何结构以及分类函数的复杂性.针对半监督学习速度缓慢的问题, 基于Nystrm低阶近似对学习过程进行加速.在较大规模的Corel图像数据集上进行了检索实验, 实验结果表明该方法能获得较好的效果.     

基于Nystrm低阶近似的半监督流形排序图像检索

实际图像检索过程中,用户提供的相关反馈有限,但存在大量未标记图像数据.本文在前期半监督流形图像检索工作的基础上,提出一种基于Nystr¨om低阶近似的半监督流形排序图像检索方法.通过采用半监督的流形正则化框架,将图像数据嵌入到低维流形结构中进行分类排序,以充分利用大量未标记数据,并兼顾分类误差、数据分布的几何结构以及分类函数的复杂性.针对半监督学习速度缓慢的问题,基于Nystrm低阶近似对学习过程进行加速.在较大规模的Corel图像数据集上进行了检索实验,实验结果表明该方法能获得较好的效果.     

结合Tri-training半监督学习和凸壳向量的SVM主动学习算法*

为解决监督学习过程中难以获得大量带有类标记样本且样本数据标记代价较高的问题,结合主动学习和半监督学习方法,提出基于Tri-training半监督学习和凸壳向量的SVM主动学习算法.通过计算样本集的壳向量,选择最有可能成为支持向量的壳向量进行标记.为解决以往主动学习算法在选择最富有信息量的样本标记后,不再进一步利用未标记样本的问题,将Tri-training半监督学习方法引入SVM主动学习过程,选择类标记置信度高的未标记样本加入训练样本集,利用未标记样本集中有利于学习器的信息.在UCI数据集上的实验表明,文中算法在标记样本较少时获得分类准确率较高和泛化性能较好的SVM分类器,降低SVM训练学习的样本标记代价.     

面向数据流的多任务多核在线学习算法

多任务多核学习已逐渐成为在线学习算法研究的热点。对于数据流的处理,现有的在线学习算法在准确性上有一定的欠缺,因此提出一种新的多任务多核在线学习模型用于提高数据流预测的准确性。在保持多任务多核学习的基础上,将其扩展到在线学习中,从而得到一个新的在线学习算法;同时为输入数据保持一定大小的数据窗口,用较小空间换取数据的完整性。实验部分对核函数的选取以及训练样本集的大小进行了较为详细的分析,通过对UCI数据和实际的机场客流量数据进行分析,很好地保障了流数据处理的准确性及实时性,有一定的实际应用价值。     

基于HI-DD-AdaBoost.RT的锂离子动力电池SOH预测

锂离子电池是一个复杂的电化学动态系统,实时准确的健康状态(SOH)估计对电动汽车动力锂电池的维护至关重要,传统建模方法难以实现SOH的在线估算.基于此,从实时评估电池的SOH出发,在增量学习的基础上,选取与电池健康状态相关的指标建立SOH预测模型.考虑到增量学习中的耗时性问题,提出融合滑动窗口技术的HI-DD算法,该算法可以检测概念漂移是否发生,从而指导和确定模型更新位置;设计出HI-DD与AdaBoost.RT结合的模型更新策略,进而提高模型的在线学习性能和预测精度,最后使用CALCE提供的电池老化实验数据对所提出的方法进行验证.结果表明,基于增量学习的HI-DD-AdaBoost.RT预测算法具有较强的在线更新能力和较高的预测精度,能够满足SOH在线预测的实际需求.     

基于用户实时反馈的点击率预估算法

当前主流的在线广告点击率（CTR）预估算法主要通过机器学习方法从大规模日志数据中挖掘用户与广告间的相关性从而提升点击率预估精度,其不足之处在于没有充分考虑用户实时行为对CTR的影响。对大规模真实在线广告日志进行分析后发现,在会话中,用户CTR的动态变化和用户先前的反馈行为高度相关,不同的用户行为对用户实时CTR的影响不尽相同。基于上述分析结果,提出一种基于用户实时反馈的点击率预估算法。首先,从大规模真实在线广告日志数据中定量分析用户反馈和点击率预估精度的相关关系;然后,根据分析结果将用户的反馈行为特征化;最后,使用机器学习方法对用户的行为进行建模,并根据用户的反馈实时动态调整广告投放,从而提升在线广告系统的点击率预估精度。实验结果表明,用户实时反馈特征和用户点击率高度相关;相比于传统没有用户实时反馈信息的预测模型,该算法在测试集上对AUC（Area Under the Curve）和RIG（Relative Information Gain）指标提升分别为0.83%和6.68%。实验结果表明,用户实时反馈特征显著提高点击率预估的精度。     

语义增强的在线学习行为预测研究

当前学习者的在线学习行为预测研究未充分利用短文本中的语义数据,导致对学习者的学习状态刻画不够全面,严重影响了行为预测的准确性.针对此问题,本文提出了语义增强的在线学习行为预测方法.首先,利用双向长短时记忆网络得到到短文本的语义向量表示;其次,基于学习者的统计、行为和短文本数据得到学习者的特征表征,并利用长短时记忆网络模型构建其学习状态表征;最后,利用学习状态表征预测学习者的学习行为.在11门真实在线课程数据集上的实验表明,本文方法能过有效提升在线学习行为预测的精确度.     

Incremental online sparsification for model learning in real-time robot control

For many applications such as compliant, accurate robot tracking control, dynamics models learned from data can help to achieve both compliant control performance as well as high tracking quality. Online learning of these dynamics models allows the robot controller to adapt itself to changes in the dynamics (e.g., due to time-variant nonlinearities or unforeseen loads). However, online learning in real-time applications - as required in control - cannot be realized by straightforward usage of off-the-shelf machine learning methods such as Gaussian process regression or support vector regression. In this paper, we propose a framework for online, incremental sparsification with a fixed budget designed for fast real-time model learning. The proposed approach employs a sparsification method based on an independence measure. In combination with an incremental learning approach such as incremental Gaussian process regression, we obtain a model approximation method which is applicable in real-time online learning. It exhibits competitive learning accuracy when compared with standard regression techniques. Implementation on a real Barrett WAM robot demonstrates the applicability of the approach in real-time online model learning for real world systems.     

基于正则化的乘更新在线分类算法

大样本集上在线预测算法时间空间复杂度小、预测准确性高,与批处理学习算法相比,有明显的优势。自从Jivinen和M.Warmuth提出权衡正确性与保守性的在线学习框架后,在线学习框架已被广泛引用。但是在Jivinen和M.Warmuth提出的梯度下降和指数梯度下降算法中,对目标函数中的损失函数求导过程中使用近似步骤会引起在线学习结果恶化。运用对偶最优化理论,提出了非近似的基于不同距离和损失函数的乘更新分类算法,一系列的实验显示算法提高了预测准确率。     

主动学习的多标签图像在线分类

目的在多标签有监督学习框架中,构建具有较强泛化性能的分类器需要大量已标注训练样本,而实际应用中已标注样本少且获取代价十分昂贵。针对多标签图像分类中已标注样本数量不足和分类器再学习效率低的问题,提出一种结合主动学习的多标签图像在线分类算法。方法基于min-max理论,采用查询最具代表性和最具信息量的样本挑选策略主动地选择待标注样本,且基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件在线地更新多标签图像分类器。结果在4个公开的数据集上,采用4种多标签分类评价指标对本文算法进行评估。实验结果表明,本文采用的样本挑选方法比随机挑选样本方法和基于间隔的采样方法均占据明显优势;当分类器达到相同或相近的分类准确度时,利用本文的样本挑选策略选择的待标注样本数目要明显少于采用随机挑选样本方法和基于间隔的采样方法所需查询的样本数。结论本文算法一方面可以减少获取已标注样本所需的人工标注代价;另一方面也避免了传统的分类器重新训练时利用所有数据所产生的学习效率低下的问题,达到了当新数据到来时可实时更新分类器的目的。     

在线哈希算法研究综述

在当前大规模数据检索任务中,学习型哈希方法能够学习紧凑的二进制编码,在节省存储空间的同时能快速地计算海明空间内的相似度,因此近似最近邻检索常使用哈希的方式来完善快速最近邻检索机制。对于目前大多数哈希方法都采用离线学习模型进行批处理训练,在大规模流数据的环境下无法适应可能出现的数据变化而使得检索效率降低的问题,提出在线哈希方法并学习适应性的哈希函数,从而在输入数据的过程中连续学习,并且能实时地应用于相似性检索。首先,阐释了学习型哈希的基本原理和实现在线哈希的内在要求;接着,从在线条件下流数据的读取模式、学习模式以及模型更新模式等角度介绍在线哈希不同的学习方式;而后,将在线学习算法分为六类：基于主-被动算法、基于矩阵分解技术、基于无监督聚类、基于相似性监督、基于互信息度量和基于码本监督,并且分析这些算法的优缺点及特点;最后,总结和讨论了在线哈希的发展方向。     

基于即时学习策略的火电厂球磨机负荷软测量

针对电厂球磨机负荷难以进行有效预测的问题,从提高预测模型在线自适应能力的角度出发,提出一种基于即时学习策略的改进SVM建模方法。利用灰色关联分析方法对过程参数进行优化筛选,获得辅助变量;在即时学习策略建模框架下,采用多种群混合优化算法进行SVM预测模型参数的优化选取;基于电厂实际运行数据进行了仿真研究。仿真实验表明,与标准BP神经网络和SVM建模方法的比较,该算法具有更好的预测性能,虽然计算开销有所增加,但能够满足制粉系统球磨机负荷检测的实时性要求。     

Online kernel density estimation for interactive learning

In this paper we propose a Gaussian-kernel-based online kernel density estimation which can be used for applications of online probability density estimation and online learning. Our approach generates a Gaussian mixture model of the observed data and allows online adaptation from positive examples as well as from the negative examples. The adaptation from the negative examples is realized by a novel concept of unlearning in mixture models. Low complexity of the mixtures is maintained through a novel compression algorithm. In contrast to the existing approaches, our approach does not require fine-tuning parameters for a specific application, we do not assume specific forms of the target distributions and temporal constraints are not assumed on the observed data. The strength of the proposed approach is demonstrated with examples of online estimation of complex distributions, an example of unlearning, and with an interactive learning of basic visual concepts.