不完备弱标记数据的粗糙协同学习模型

针对不完备弱标记数据的学习问题,提出基于粗糙集理论的半监督协同学习模型.首先定义不完备弱标记数据的半监督差别矩阵,提出充分、具有差异性的约简子空间获取算法.然后在有标记数据集上利用各约简子空间训练两个基分类器.在无标记数据上,各分类器基于协同学习的思想标注信度较大的无标记样本给另一分类器学习,迭代更新直至无可利用的无标记数据.UCI数据集实验对比分析表明,文中模型可以获得更好的不完备弱标记数据的分类学习性能,具有有效性.     

邻域粗糙协同分类模型

Pawlak粗糙集理论是一种有监督学习模型,只适合处理离散型数据.但在一些现实问题中存在着大量的连续型数据,并且有标记数据很有限,更多的是无标记数据.结合邻域粗糙集和协同学习理论,提出了适合处理连续型数据并可有效利用无标记数据提升分类性能的邻域粗糙协同分类模型.该模型首先构建了邻域粗糙半监督约简算法,并利用该算法提取两个差异性较大的约简构造基分类器,然后迭代地在无标记数据上交互协同学习.UCI数据集实验对比分析表明,与其他同类模型相比,该模型有较好的性能.     

一种处理部分标记数据的粗糙集属性约简算法

属性约简是粗糙集理论中重要的研究内容之一,是数据挖掘中知识获取的关键步骤。Pawlak粗糙集约简的对象一般是有标记的决策表或者是无标记的信息表。而在很多现实问题中有标记数据很有限,更多的是无标记数据,即半监督数据。为此,结合半监督协同学习理论,提出了处理半监督数据的属性约简算法。该算法首先在有标记数据上构造两个差异性较大的约简来构造基分类器;然后在无标记数据上交互协同学习,扩大有标记数据集,获得质量更好的约简,构造性能更好的分类器,该过程迭代进行,从而实现利用无标记数据提高有标记数据的约简质量,最终获得质量较好的属性约简。UCI数据集上的实验分析表明,该算法是有效且可行的。     

基于粗糙集理论的协同训练算法

为了提升风险决策环境下协同训练的效果, 提出了一种基于粗糙子空间的协同决策算法。首先利用粗糙集属性约简的概念, 将部分标记数据属性空间分解为两差异性较大的粗糙子空间; 在各子空间上训练分类器, 并依据各分类器决策风险代价及隶属度将无标记数据划分为可信、噪声和待定样本。综合两分类器的分类结果, 标注少量可信无标记样本后重复协同训练。从理论上分析了算法性能提升的区间界, 并在UCI数据集上进行实验, 验证了模型的有效性及效率。     

基于属性约简与半监督协同训练的入侵检测算法

入侵检测数据具有信息冗余量大、标记数据难以获得等特点。传统入侵检测方法难以消除冗余信息并且需要大量已标记样本做训练集,导致检测效率降低,实用性下降。为了解决上述问题,提出一种结合属性约简与半监督协同训练的算法。该算法充分发挥了大量未标记样本的监督作用。首先将入侵数据进行属性约简,利用约简结果建立一个支持向量机(SVM)基分类器,然后将其与另外两个SVM辅助分类器做协同训练。如此,分类器界面得到反复修正,分类器的性能逐步得到改善,最终分类精度得到明显提高。在入侵检测数据集KDDCUP99上的仿真实验结果表明,该算法不仅可以提高检测精度,同时还具有良好的可行性、稳定性。     

一种基于粗糙集属性约简的多分类器集成方法

为提高多分类器系统的分类精度,提出了一种基于粗糙集属性约简的分类器集成方法 MCS_ARS。该方法利用粗糙集属性约简和数据子集划分方法获得若干个特征约简子集和数据子集,并据此训练基分类器;然后利用分类结果相似性得到验证集的若干个预测类别;最后利用多数投票法得到验证集的最终类别。利用UCI标准数据集对方法 MCS_ARS的性能进行测试。实验结果表明,相较于经典的集成方法,方法 MCS_ARS可以获得更高的分类准确率和稳定性。     

具有噪声过滤功能的协同训练半监督主动学习算法

针对基于半监督学习的分类器利用未标记样本训练会引入噪声而使得分类性能下降的情形,文中提出一种具有噪声过滤功能的协同训练半监督主动学习算法.该算法以3个模糊深隐马尔可夫模型进行协同半监督学习,在适当的时候主动引入一些人机交互来补充类别标记,避免判决类别不相同时的拒判和初始时判决一致即认为正确的误判情形.同时加入噪声过滤机制,用以过滤南机器自动标记的可能是噪声的样本.将该算法应用于人脸表情识别.实验结果表明,该算法能有效提高未标记样本的利用率并降低半监督学习而引入的噪声,提高表情识别的准确率.     

基于图的半监督协同训练算法

在分类器训练过程中,无标记数据的引入容易产生噪音,从而降低分类精度。为此,提出一种基于图的置信度估计半监督协同训练算法。利用样本数据自身的结构信息,计算无标记样本所属类别概率。采用多分类器对无标记数据进行置信度估计,以提高无标记数据挑选标准,减少噪音数据的引入。在UCI数据集上的对比实验验证了该算法的有效性。     

结合半监督聚类和加权KNN的协同训练方法

针对协同训练方法在迭代时选择加入的无标记样本所隐含的有用信息不够,以及协同训练方法多个分类器标记不一致带来错误标记无标记样本的问题,提出了一种结合半监督聚类和加权[K]最近邻的协同训练方法。该方法在每次迭代过程中,先对训练集进行半监督聚类,选择隶属度高的无标记样本给朴素贝叶斯分类,再用加权[K]最近邻算法对多个分类器分类不一致的无标记样本重新分类。利用半监督聚类能够选择出较好表现数据空间结构的样本,而采用加权[K]最近邻算法为标记不一致的无标记样本重新标记能够解决标记不一致带来的分类精度降低问题。在UCI数据集上的对比实验验证了该算法的有效性。     

基于分类不确定性最小化的半监督集成学习算法

半监督集成是将半监督学习与集成学习相结合的一种学习范式，它一方面通过无标记样本来提高集成学习的多样性，同时解决集成学习样本量不足的问题，另一方面集成多个分类器能够进一步提升半监督学习模型的性能。现有的研究从理论和实践两个角度证明了半监督学习与集成学习之间的互益性。针对当前半监督集成学习算法对无标记样本信息利用不完全的缺陷，文中提出了一种新的基于分类不确定性最小化的半监督集成学习(Classification Uncertainty Minimization-Based Semi-Supervised Ensemble Learning, CUM-SSEL)算法，它引入信息熵作为对无标记样本进行打标的置信度评判标准，通过最小化无标记样本打标过程中的不确定性迭代地训练分类器，实现对无标记样本的高效利用，以增强分类器的泛化性能。在标准的实验数据集上对CUM-SSEL算法的可行性、合理性和有效性进行了验证，实验表明：随着基分类器的增加，CUM-SSEL算法的训练呈现收敛的趋势，同时它能够获得优于Self-Training, Co-Training, Tri-Training, Semi-Boo...     

基于多学习器协同训练模型的人体行为识别方法

人体行为识别是计算机视觉研究的热点问题,现有的行为识别方法都是基于监督学习框架.为了取得较好的识别效果,通常需要大量的有标记样本来建模.然而,获取有标记样本是一个费时又费力的工作.为了解决这个问题,对半监督学习中的协同训练算法进行改进,提出了一种基于多学习器协同训练模型的人体行为识别方法.这是一种基于半监督学习框架的识别算法.该方法首先通过基于Q统计量的学习器差异性度量选择算法来挑取出协同训练中基学习器集,在协同训练过程中,这些基学习器集对未标记样本进行标记;然后,采用了基于分类器成员委员会的标记近邻置信度计算公式来评估未标记样本的置信度,选取一定比例置信度较高的未标记样本加入到已标记的训练样本集并更新学习器来提升模型的泛化能力.为了评估算法的有效性,采用混合特征来表征人体行为,从而可以快速完成识别过程.实验结果表明,所提出的基于半监督学习的行为识别系统可以有效地辨识视频中的人体动作.     

基于单类分类器的半监督学习

提出一种结合单类学习器和集成学习优点的Ensemble one-class半监督学习算法.该算法首先为少量有标识数据中的两类数据分别建立两个单类分类器.然后用建立好的两个单类分类器共同对无标识样本进行识别,利用已识别的无标识样本对已建立的两个分类面进行调整、优化.最终被识别出来的无标识数据和有标识数据集合在一起训练一个基分类器,多个基分类器集成在一起对测试样本的测试结果进行投票.在5个UCI数据集上进行实验表明,该算法与tri-training算法相比平均识别精度提高4.5%,与仅采用纯有标识数据的单类分类器相比,平均识别精度提高8.9%.从实验结果可以看出,该算法在解决半监督问题上是有效的.     

Optimizing area under the ROC curve using semi-supervised learning

Receiver operating characteristic (ROC) analysis is a standard methodology to evaluate the performance of a binary classification system. The area under the ROC curve (AUC) is a performance metric that summarizes how well a classifier separates two classes. Traditional AUC optimization techniques are supervised learning methods that utilize only labeled data (i.e., the true class is known for all data) to train the classifiers. In this work, inspired by semi-supervised and transductive learning, we propose two new AUC optimization algorithms hereby referred to as semi-supervised learning receiver operating characteristic (SSLROC) algorithms, which utilize unlabeled test samples in classifier training to maximize AUC. Unlabeled samples are incorporated into the AUC optimization process, and their ranking relationships to labeled positive and negative training samples are considered as optimization constraints. The introduced test samples will cause the learned decision boundary in a multi-dimensional feature space to adapt not only to the distribution of labeled training data, but also to the distribution of unlabeled test data. We formulate the semi-supervised AUC optimization problem as a semi-definite programming problem based on the margin maximization theory. The proposed methods SSLROC1 (1-norm) and SSLROC2 (2-norm) were evaluated using 34 (determined by power analysis) randomly selected datasets from the University of California, Irvine machine learning repository. Wilcoxon signed rank tests showed that the proposed methods achieved significant improvement compared with state-of-the-art methods. The proposed methods were also applied to a CT colonography dataset for colonic polyp classification and showed promising results.¹     

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。     

Tri-training: exploiting unlabeled data using three classifiers

In many practical data mining applications, such as Web page classification, unlabeled training examples are readily available, but labeled ones are fairly expensive to obtain. Therefore, semi-supervised learning algorithms such as co-training have attracted much attention. In this paper, a new co-training style semi-supervised learning algorithm, named tri-training, is proposed. This algorithm generates three classifiers from the original labeled example set. These classifiers are then refined using unlabeled examples in the tri-training process. In detail, in each round of tri-training, an unlabeled example is labeled for a classifier if the other two classifiers agree on the labeling, under certain conditions. Since tri-training neither requires the instance space to be described with sufficient and redundant views nor does it put any constraints on the supervised learning algorithm, its applicability is broader than that of previous co-training style algorithms. Experiments on UCI data sets and application to the Web page classification task indicate that tri-training can effectively exploit unlabeled data to enhance the learning performance.     

Adaptive semi-supervised learning on labeled and unlabeled data with different distributions

Developing methods for designing good classifiers from labeled samples whose distribution is different from that of test samples is an important and challenging research issue in the fields of machine learning and its application. This paper focuses on designing semi-supervised classifiers with a high generalization ability by using unlabeled samples drawn by the same distribution as the test samples and presents a semi-supervised learning method based on a hybrid discriminative and generative model. Although JESS-CM is one of the most successful semi-supervised classifier design frameworks based on a hybrid approach, it has an overfitting problem in the task setting that we consider in this paper. We propose an objective function that utilizes both labeled and unlabeled samples for the discriminative training of hybrid classifiers and then expect the objective function to mitigate the overfitting problem. We show the effect of the objective function by theoretical analysis and empirical evaluation. Our experimental results for text classification using four typical benchmark test collections confirmed that with our task setting in most cases, the proposed method outperformed the JESS-CM framework. We also confirmed experimentally that the proposed method was useful for obtaining better performance when classifying data samples into either known or unknown classes, which were included in given labeled samples or not, respectively.     

基于Tri-training的半监督SVM

当前机器学习面临的主要问题之一是如何有效地处理海量数据,而标记训练数据是十分有限且不易获得的。提出了一种新的半监督SVM算法,该算法在对SVM训练中,只要求少量的标记数据,并能利用大量的未标记数据对分类器反复的修正。在实验中发现,Tri-training的应用确实能够提高SVM算法的分类精度,并且通过增大分类器间的差异性能够获得更好的分类效果,所以Tri-training对分类器的要求十分宽松,通过SVM的不同核函数来体现分类器之间的差异性,进一步改善了协同训练的性能。理论分析与实验表明,该算法具有较好的学习效果。