局部协同视角下的鲁棒标记分布学习

已有标记分布学习(LDL)算法在一定程度上破坏不同标记间的关联性及标记分布的整体结构,同时,大多仅以提升标记分布的预测性能为目的,忽略计算代价和噪声鲁棒性在实际应用中的重要性.为了缓解上述不足,文中提出基于局部协同表达的标记分布学习算法(LCR-LDL).在LCR-LDL中,一个未标记样本可被视作由该未标记样本邻域构建的局部字典的协同表达,表达系数中的鉴别信息可用于重构未标记样本的标记分布.在15个真实的LDL数据集上的实验表明,LCR-LDL不仅可有效提升LDL的预测性能,而且具有较强的鲁棒性和轻量级的计算开销.     

考虑标记间协作的标记分布学习

近些年来,作为一种新的有监督学习范式,标记分布学习(LDL)已被应用到多个领域,如人脸年龄估计、头部姿态估计、电影评分预测、公共视频监控中的人群计数等,并且在这些领域的相关任务上取得了一定性能上的进展.最近几年,很多关于标记分布学习的算法在解决标记分布学习问题时考虑到了标记之间的相关性,但是现有方法大多将标记相关性作为先验知识,这可能无法正确刻画标记之间的真实关系.此外,标记相关性通常用于在训练阶段调整假设空间,而最终的标记预测并未显式利用标记间的相关性.因此,提出一种新的标记分布学习方法——考虑标记间协作的标记分布学习(LDLCL).该方法旨在训练期望模型的同时,显式地考虑标记间的相关预测.具体来讲,首先提出假设:对于每个标记,最终的预测结果涉及到它自己的预测和其他标记的预测之间的协作.基于这一假设,提出一种通过标记空间中的稀疏重构来学习标记相关性的新方法;然后,将学习到的标记相关性无缝集成到模型训练中;最终,在标记预测时使用学习到的标记相关性.大量的实验结果表明,该方法优于近期的同类方法.     

基于决策树集成的偏标记学习算法*

为了克服偏标记学习中监督信息缺失的问题,根据偏标记样本的性质设计决策树生成过程中的样本分裂规则,改造决策树的建立算法.文中算法首先对样本进行bootstrap采样并建立多棵决策树,然后对各决策树结果进行投票得出最终预测结果.在人工数据集和真实数据集上的实验表明,文中算法具有较好的分类性能.     

自适应标记关联与实例关联诱导的缺失多视图弱标记学习

针对多视图多标记学习中视图不完整和标记不完整问题,提出一种自适应标记关联与实例关联诱导的缺失多视图弱标记学习模型。模型假设样本各视图特征基于一个共享表示,通过不同映射得到。首先通过嵌入指示矩阵进行矩阵分解,充分利用已有的不完整多视图弱标记数据,然后引入图论中学习标准拉普拉斯矩阵的技术来刻画标记关联关系、实例关联关系,从而在模型里嵌入流形正则化思想,使学到的潜在共享表示以及分类器更加合理,最后在4个多视图多标记数据集上实验。实验结果表明,所提方法能够有效解决不完整多视图弱标记学习问题。     

基于粒的标记增强标记分布学习

标记分布学习能有效求解多标记学习任务,然而分类器构造以获得大规模具有更强监督信息的标注为前提,在许多应用中难以满足。一种替代的方案是以标记增强的方式从传统逻辑形式的标注中挖掘出隐含的数值型标记的重要程度。现有的标记增强方法大多假设增强后的标记需要在所有示例上保持原有逻辑标记的相关性,不能有效保持局部标记相关性。基于粒计算理论,提出了一种适用于标记分布学习的粒化标记增强学习方法。该方法通过k均值聚类构造具有局部相关性语义的信息粒,并在粒的抽象层面上,分别在图上依据逻辑标记的特性和属性空间的拓扑性质完成粒内示例的标记转化。最后,将得到的标记分布在示例层面进行融合,得到描述整个数据集标记重要程度的数值型标记。大量比较研究表明,所提出的模型可以显著地提升多标记学习的性能。     

基于局部标记相关性的标记分布学习算法

针对大多数现有的标记分布学习算法从全局角度利用标记相关性，忽略了仅存于部分示例范围内的局部标记相关性，同时，算法性能会受到无关和冗余特征干扰的问题，提出一种基于局部标记相关性的标记分布学习算法(LDL-LLC)。通过对训练数据进行分组，将每组训练数据的标记相关性约束在标记输出上，探索和利用局部标记相关性，引入特征选择常用的范数约束，学习标记私有特征和共享特征。在多个真实标记分布数据集上的对比实验结果表明，LDL-LLC算法性能良好。     

边缘标记弱化的多标记特征选择算法

在多标记学习中,特征选择是处理数据高维问题和提升分类性能的一种有效手段,然而现有特征选择算法大多是基于标记分布大致平衡这一假设,鲜有考虑标记分布不平衡的问题。针对这一问题,本文提出了一种边缘标记弱化的多标记特征选择算法(Multi-label feature selection algorithm with weakening marginal labels,WML),计算不同标记下正负标记的频数比率作为该标记的权值,然后通过赋权方式弱化边缘标记,将标记空间信息融入到特征选择的过程中,得到一组更为高效的特征序列,提升标记对样本描述的精确性。在多个数据集上的实验结果表明,本文算法具有一定优势,通过稳定性分析和统计假设检验进一步证明本文算法的有效性和合理性。     

一种针对弱标记文档的分类方法

多标记学习不同于传统的监督学习,它是为了解决客观世界中多义性对象的建模问题而提出的一种学习框架。在该框架下,一个实例可以同时隶属于多个标记。已有的多标记学习算法大多假设每个样本的标记集合都是完整的,但有时某些实例对应的标记会出现缺失。为了应对这一问题,本文提出一种针对弱标记文档的分类方法,该方法基于标记之间不同的相关性和相似实例具有相似标记的假设,构造一个最优化问题,以尽可能地补全缺失的标记。实验结果表明,该方法可以有效地提升学习系统的泛化性能。      

基于Tri-training的半监督多标记学习算法

传统的多标记学习是监督意义下的学习,它要求获得完整的类别标记.但是当数据规模较大且类别数目较多时,获得完整类别标记的训练样本集是非常困难的.因而,在半监督协同训练思想的框架下,提出了基于Tri-training的半监督多标记学习算法（SMLT）.在学习阶段,SMLT引入一个虚拟类标记,然后针对每一对类别标记,利用协同训练机制Tri-training算法训练得到对应的分类器;在预测阶段,给定一个新的样本,将其代入上述所得的分类器中,根据类别标记得票数的多少将多标记学习问题转化为标记排序问题,并将虚拟类标记的得票数作为阈值对标记排序结果进行划分.在UCI中4个常用的多标记数据集上的对比实验表明,SMLT算法在4个评价指标上的性能大多优于其他对比算法,验证了该算法的有效性.     

基于低秩表示的标记分布学习算法

针对标记分布学习算法忽略标记相关性信息及数据存在异常和噪声值的情况,文中提出基于低秩表示的标记分布学习算法(LDL-LRR).利用特征空间的基线性表示样本信息,实现对原始特征空间数据的降维.将低轶表示(LRR)迁移至标记空间,对模型施加低秩约束,把握数据的全局结构.分别使用增广拉格朗日乘子法和拟牛顿法求解LRR和目标函数,再通过最大熵模型预测标记分布.在10个数据集上的对比实验表明,LDL-LRR性能良好,效果稳定.     

利用标签相关性先验的弱监督多标签学习方法

多标签学习是一种非常重要的机器学习范式.传统的多标签学习方法是在监督或半监督的情况下设计的.通常情况下,它们需要对所有或部分数据进行准确的属于多个类别的标注.在许多实际应用中,拥有大量标注的标签信息往往难以获取,限制了多标签学习的推广和应用.与之相比,标签相关性作为一种常见的弱监督信息,它对标注信息的要求较低.如何利用标签相关性进行多标签学习,是一个重要但未研究的问题.提出了一种利用标签相关性作为先验的弱监督多标签学习方法(WSMLLC).该模型利用标签相关性对样本相似性进行了重述,能够有效地获取标签指示矩阵;同时,利用先验信息对数据的投影矩阵进行约束,并引入回归项对指示矩阵进行修正.与现有方法相比,WSMLLC模型的突出优势在于:仅提供标签相关性先验,就可以实现多标签样本的标签指派任务.在多个公开数据集上进行实验验证,实验结果表明:在标签矩阵完全缺失的情况下,WSMLLC与当前先进的多标签学习方法相比具有明显优势.     

Active label distribution learning via kernel maximum mean discrepancy

Label distribution learning (LDL) is a new learning paradigm to deal with label ambiguity and many researches have achieved the prominent performances. Compared with traditional supervised learning scenarios, the annotation with label distribution is more expensive. Direct use of existing active learning (AL) approaches, which aim to reduce the annotation cost in traditional learning, may lead to the degradation of their performance. To deal with the problem of high annotation cost in LDL, we propose the active label distribution learning via kernel maximum mean discrepancy (ALDL-kMMD) method to tackle this crucial but rarely studied problem. ALDL-kMMD captures the structural information of both data and label, extracts the most representative instances from the unlabeled ones by incorporating the nonlinear model and marginal probability distribution matching. Besides, it is also able to markedly decrease the amount of queried unlabeled instances. Meanwhile, an effective solution is proposed for the original optimization problem of ALDL-kMMD by constructing auxiliary variables. The effectiveness of our method is validated with experiments on the real-world datasets.     

融合语义差别和流型学习的偏标记学习方法

偏标记学习是一种重要的弱监督学习框架。在偏标记学习中,每个实例与一组候选标记相关联,它的真实标记隐藏在候选标记集合中,且在学习过程中不可获知。为了消除候选标记对学习过程的影响,提出了一种融合实例语义差别最大化和流型学习的偏标记学习方法(partial label learning by semantic difference and manifold learning, PL-SDML)。该方法是一个两阶段的方法：在训练阶段,基于实例的语义差别最大化准则和流型学习方法为训练实例生成标记置信度;在预测阶段,使用基于最近邻投票的方法为未知实例预测标记类别。在四组人工改造的UCI数据集中,在平均70%的情况下优于其他对比算法。在四组真实偏标记数据集中,相比其他对比算法,取得了0.3%～13.8%的性能提升。     

基于标签进行度量学习的图半监督学习算法

大多基于图的半监督学习方法，在样本间相似性度量时没有用到已有的和标签传播过程中得到的标签信息，同时，其度量方式相对固定，不能有效度量出分布结构复杂多样的数据样本间的相似性。针对上述问题，提出了基于标签进行度量学习的图半监督学习算法。首先，给定样本间相似性的度量方式，从而构建相似度矩阵。然后，基于相似度矩阵进行标签传播，筛选出k个低熵样本作为新确定的标签信息。最后，充分利用所有标签信息更新相似性度量方式，重复迭代优化直至学出所有标签信息。所提算法不仅利用标签信息改进了样本间相似性的度量方式，而且充分利用中间结果降低了半监督学习对标签数据的需求量。在6个真实数据集上的实验结果表明，该算法在超过95%的情况下相较三种传统的基于图的半监督学习算法取得了更高的分类准确率。     

基于标签进行度量学习的图半监督学习算法

大多基于图的半监督学习方法,在样本间相似性度量时没有用到已有的和标签传播过程中得到的标签信息,同时,其度量方式相对固定,不能有效度量出分布结构复杂多样的数据样本间的相似性。针对上述问题,提出了基于标签进行度量学习的图半监督学习算法。首先,给定样本间相似性的度量方式,从而构建相似度矩阵。然后,基于相似度矩阵进行标签传播,筛选出k个低熵样本作为新确定的标签信息。最后,充分利用所有标签信息更新相似性度量方式,重复迭代优化直至学出所有标签信息。所提算法不仅利用标签信息改进了样本间相似性的度量方式,而且充分利用中间结果降低了半监督学习对标签数据的需求量。在6个真实数据集上的实验结果表明,该算法在超过95%的情况下相较三种传统的基于图的半监督学习算法取得了更高的分类准确率。     

噪声鲁棒的轻量级深度遥感场景图像分类检索

目的 基于深度神经网络的遥感图像处理方法在训练过程中往往需要大量准确标注的数据,一旦标注数据中存在标签噪声,将导致深度神经网络性能显著降低。为了解决噪声造成的性能下降问题,提出了一种噪声鲁棒的轻量级深度遥感场景图像分类检索方法,能够同时完成分类和哈希检索任务,有效提高深度神经网络在有标签噪声遥感数据上的分类和哈希检索性能。方法 选取轻量级神经网络作为骨干网,而后设计能够同时完成分类和哈希检索任务的双分支结构,最后通过设置损失基准的正则化方法,有效减轻模型对噪声的过拟合,得到噪声鲁棒的分类检索模型。结果 本文在两个公开遥感场景数据集上进行分类测试,并与8种方法进行比较。本文方法在AID（aerial image datasets）数据集上,所有噪声比例下的分类精度比次优方法平均高出7.8%,在NWPU-RESISC45（benchmark created by Northwestern Polytechnical University for remote sensing image scene classification covering 45 scene classes）数据集上,分类精度比次优方法平均高出8.1%。在效率方面,本文方法的推理速度比CLEOT（classification loss with entropic optimal transport）方法提升了2.8倍,而计算量和参数量均不超过CLEOT方法的5%。在遥感图像哈希检索任务中,在AID数据集上,本文方法的平均精度均值（mean average precision,mAP）在3种不同哈希比特下比MiLaN（metric-learning based deep hashing network）方法平均提高了5.9%。结论 本文方法可以同时完成遥感图像分类和哈希检索任务,在保持模型轻量高效的情况下,有效提升了深度神经网络在有标签噪声遥感数据上的鲁棒性。     

Soft video parsing by label distribution learning

In this paper, we tackle the problem of segmenting out a sequence of actions from videos. The videos contain background and actions which are usually composed of ordered sub-actions. We refer the sub-actions and the background as semantic units. Considering the possible overlap between two adjacent semantic units, we propose a bidirectional sliding window method to generate the label distributions for various segments in the video. The label distribution covers a certain number of semantic unit labels, representing the degree to which each label describes the video segment. The mapping from a video segment to its label distribution is then learned by a Label Distribution Learning (LDL) algorithm. Based on the LDL model, a soft video parsing method with segmental regular grammars is proposed to construct a tree structure for the video. Each leaf of the tree stands for a video clip of background or sub-action. The proposed method shows promising results on the THUMOS’14, MSR-II and UCF101 datasets and its computational complexity is much less than the compared state-of-the-art video parsing method.     

基于不确定比例标签信息的多视角学习

比例标签数据作为弱标签数据中的一种,近年来受到了广泛关注。针对现实应用中所获取的比例标签数据存在噪声污染而标注困难的局限性,提出将多视角学习应用到不确定比例标签学习中以提高分类器的准确率和稳定性。首先,所提出的方法利用核方法映射多视角信息到特征空间以及引入超实例标签表示比例标签信息,在将多视角信息与比例标签信息结合的同时将不确定比例标签数据的局限性考虑在内,以此构建基于不确定比例标签信息的多视角学习模型;而后利用拉格朗日方法将目标模型转换为对偶形式求解,并引入一个迭代框架解决目标模型以获取多视角分类器。最后,将所提出的方法应用于文本分类的数据集,实验结果表明提出的方法比已有的单一视角比例标签学习方法更具优越性,具体表现在所提方法更高的分类准确率和更不易受数据噪声影响等方面。