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.     

一种半监督的多标签Boosting分类算法

针对标记数据不足的多标签分类问题,提出一种新的半监督Boosting算法,即基于函数梯度下降方法给出一种半监督Boosting多标签分类的框架,并将非标记数据的条件熵作为一个正则化项引入分类模型。实验结果表明,对于多标签分类问题,新的半监督Boosting算法的分类效果随着非标记数据数量的增加而显著提高,在各方面都优于传统的监督Boosting算法。     

基于类属特征和实例相关性的多标签分类算法

学习类属特征方法为每个标签选择特有特征并考虑成对标签的相关性以降低维度,可有效解决多标签分类遇到的维度过大问题,但缺乏对实例相关性的考虑.针对此问题,文中提出基于类属特征和实例相关性的多标签分类算法,不仅考虑标签相关性还考虑实例特征的相关性.通过构建相似性图,学习实例特征空间的相似性.在8个数据集上的实验表明,文中算法可有效提取类属特征,具有较好的分类性能.     

类不平衡的公共和标签特定特征多标签分类

多标签分类主要解决实例数据对应多个标签问题,现有多标签方法大多利用所有特征组成的相同数据表示来区分所有标签,由于每个标签自身特点不同,统一的特征不能完全区分标签,给模型训练带来负面作用和时间成本增加,如何利用对每个标签而言最具有辨别力的特征来提高模型分类性能成为一种难题,此外现实中类不平衡问题同样会导致多标签学习模型的性能下降。基于此,提出一种类不平衡的公共和标签特定特征多标签分类方法。首先,找到种子实例的最近邻居,然后通过插值技术得到合成实例的特征来解决类不平衡问题;其次,为了找出对每个标签最具代表性的特征,引入l₁,l_2,1正则化约束系数矩阵提取标签的特定特征和公共特征;最后,使用标签相关性实现关联标签的模型输出相似,实例相关性保证关联特征共享对应标签分布信息提高分类性能。实验表明所提方法与其他多标签分类方法相比获得了更好的分类精度。     

结合双流形映射的不完备多标签学习

在多标签学习中,有效利用标签相关性可以提高分类性能。然而,由于人工标注标签的主观性和实际应用中标签语义的相似性,通常只能观察到不完备的标签空间,导致标签相关性的估计不准确,使得算法性能下降。针对该问题,提出一种结合双流形映射的不完备多标签学习(ML-DMM)算法。构造两种流形映射,一种是保留实例数据空间局部结构信息的特征流形映射,另一种是基于迭代学习得到的标签相关性的标签流形映射。首先通过拉普拉斯映射构造数据的低维流形,然后通过回归系数矩阵和标签相关性矩阵将初始特征空间和初始标签空间分别映射到该低维流形上,形成一种双流形映射结构来提升算法性能,最后利用迭代学习得到的回归系数矩阵进行多标签分类。在8个多标签数据集及3种标签缺失率情况下的对比实验结果表明,ML-DMM算法性能优于其他针对缺失标签的多标签分类算法。     

多类别相关性结合的类属属性多标签学习

现有的类属属性学习方法在提取类别标签的特征时,大多仅单一考虑标签间的相关性,忽略实例和实例间以及特征与特征间的相关性,可能会降低分类精度.为了解决此问题,文中设计多类别相关性结合的类属属性多标签学习算法,考虑标签相关性、特征相关性和实例相关性.利用标签之间的余弦相似度计算标签相关性,构建相似图矩阵计算特征相关性和实例相关性.文中算法紧凑地选择标签的类属属性,提高分类精度,有效解决多标签分类遇到的维度过大问题.     

伪标签半监督通信辐射源个体识别方法

针对通信辐射源个体识别技术中有标签信号样本不足导致个体识别准确率较低的问题,提出了基于伪标签半监督深度学习的辐射源个体识别方法,该方法利用加权平均思想改进了伪标签的赋值方式,有效增强了伪标签的质量,提升了网络模型的鲁棒性;介绍了如何基于伪标签思想设计半监督深度学习方法,并运用熵正则化算法的概念从理论方面解释了伪标签的有效性;实验设计了适合于信号样本的卷积神经网络,采取不同数目的有标签样本与无标签样本组建的训练集方案,得到了改进的伪标签半监督方法在测试集的识别准确率,结果表明,该方法较全监督方法和改进前的伪标签半监督方法有着更好的识别效果和更强的优越性.     

基于双向映射学习的多标签分类算法

现有的多标签学习算法往往只侧重于实例空间到标签空间的正向投影,正向投影时由于特征维数降低所产生的实例空间信息丢失的问题往往被忽略。针对以上问题,提出一种基于双向映射学习的多标签分类算法。首先,利用实例空间到标签空间的正向映射损失建立线性多标签分类模型;然后,在模型中引入重构损失正则项构成双向映射模型,补偿由于正向映射时导致的鉴别信息的丢失;最后,将双向映射模型结合标签相关性和实例相关性充分地挖掘标签之间、实例之间的潜在关系,并利用非线性核映射提高模型对非线性数据的处理能力。实验结果表明,与近年来的其他几种方法相比,该方法在汉明损失、一次错误率和排序损失上的性能平均提升17.68%、17.01%、18.57%;在六种评价指标上的性能平均提升了12.37%,验证了模型的有效性。     

含缺失标签的大规模多标签分类算法

在对大规模多标签数据进行人工标注时极易产生标签的缺失。现有算法大多利用被所有实例共享的全局标签相关性来解决该问题,即对不同实例而言,标签之间的相关性是相同的。然而在实际应用中,不同实例的标签相关性并非完全相同,此时采用局部方式获取的标签相关性将更加准确。因此,本文提出一种基于局部标签相关性的解决方法。该方法利用局部标签相关性来恢复缺失标签,利用低秩矩阵分解技术来构造适用于大规模数据的分类器。此外,为了加快模型的训练,该方法将这两个过程融合到一个统一的框架中,并采用迭代优化的方式进行求解。大量实验结果表明,该方法在预测准确度上至少比现有算法高2个百分点,在训练速度上至少提升5个百分点。     

针对弱标记数据的多标签分类算法

针对标签信息不完整的多标签分类问题,一种新的多标签算法MCWD被提出。它通过有效地恢复训练数据中缺失的标签信息,能够产生更好的分类结果。在训练阶段,MCWD通过迭代更新每个训练实例的权重以及利用两两标签之间的相关性来恢复训练数据中缺失的标签信息;在标签恢复完毕后,利用新得到的训练集来训练分类模型;用此模型对测试集进行预测。实验结果表明,该算法在14个多标签数据集上具有一定的优势。     

基于稳健模糊粗糙集模型的多标记文本分类

针对多标记数据的不确定性以及噪声数据的存在,提出了一种新的多标记稳健模糊粗糙分类模型。该模型是处理单标记分类问题的k-mean稳健统计量模糊粗糙分类模型的扩展应用。对于每个待分类数据,首先根据相似性计算方法,得到它们相对于各标记的隶属度;然后根据隶属度定义待分类数据与各标记的相关度;最后为每一组相关度赋予合适的阈值,得到相关的标记集合。在3个标准多标记数据集和1个真实多标记文本数据集上的实验结果表明,对于多标记文本分类问题,所提模型在 6个常用的多标记评测指标上较常用的ML-kNN和rank-SVM多标记学习方法具有更高的准确率。     

Applying semi-supervised learning in hierarchical multi-label classification

In classification problems with hierarchical structures of labels, the target function must assign labels that are hierarchically organized and it can be used either for single-label (one label per instance) or multi-label classification problems (more than one label per instance). In parallel to these developments, the idea of semi-supervised learning has emerged as a solution to the problems found in a standard supervised learning procedure (used in most classification algorithms). It combines labelled and unlabelled data during the training phase. Some semi-supervised methods have been proposed for single-label classification methods. However, very little effort has been done in the context of multi-label hierarchical classification. Therefore, this paper proposes a new method for supervised hierarchical multi-label classification, called HMC-RAkEL. Additionally, we propose the use of semi-supervised learning, self-training, in hierarchical multi-label classification, leading to three new methods, called HMC-SSBR, HMC-SSLP and HMC-SSRAkEL. In order to validate the feasibility of these methods, an empirical analysis will be conducted, comparing the proposed methods with their corresponding supervised versions. The main aim of this analysis is to observe whether the semi-supervised methods proposed in this paper have similar performance of the corresponding supervised versions.     

Incremental Multi-Label Learning with Active Queries

In multi-label learning,it is rather expensive to label instances since they are simultaneously associated with multiple labels.Therefore,active learning,which reduces the labeling cost by actively querying the labels of the most valuable data,becomes particularly important for multi-label learning.A good multi-label active learning algorithm usually consists of two crucial elements:a reasonable criterion to evaluate the gain of querying the label for an instance,and an effective classification model,based on whose prediction the criterion can be accurately computed.In this paper,we first introduce an effective multi-label classification model by combining label ranking with threshold learning,which is incrementally trained to avoid retraining from scratch after every query.Based on this model,we then propose to exploit both uncertainty and diversity in the instance space as well as the label space,and actively query the instance-label pairs which can improve the classification model most.Extensive experiments on 20 datasets demonstrate the superiority of the proposed approach to state-of-the-art methods.     

Multi-label classification by exploiting label correlations

Nowadays, multi-label classification methods are of increasing interest in the areas such as text categorization, image annotation and protein function classification. Due to the correlation among the labels, traditional single-label classification methods are not directly applicable to the multi-label classification problem. This paper presents two novel multi-label classification algorithms based on the variable precision neighborhood rough sets, called multi-label classification using rough sets (MLRS) and MLRS using local correlation (MLRS-LC). The proposed algorithms consider two important factors that affect the accuracy of prediction, namely the correlation among the labels and the uncertainty that exists within the mapping between the feature space and the label space. MLRS provides a global view at the label correlation while MLRS-LC deals with the label correlation at the local level. Given a new instance, MLRS determines its location and then computes the probabilities of labels according to its location. The MLRS-LC first finds out its topic and then the probabilities of new instance belonging to each class is calculated in related topic. A series of experiments reported for seven multi-label datasets show that MLRS and MLRS-LC achieve promising performance when compared with some well-known multi-label learning algorithms.     

基于近邻加权及多示例的多标记学习改进算法

多数多标记学习方法通过在输出空间中,单示例同时与多个类别标记相关联表示多义性,目前有研究通过在输入空间将单一示例转化为示例包,建立包中多示例与多标记的联系。算法在生成示例包时采用等权重平均法计算每个标记对应样例的均值。由于数据具有局部分布特征,在计算该均值时考虑数据局部分布,将会使生成的示例包更加准确。本论文充分考虑数据分布特性,提出新的分类算法。实验表明改进算法性能优于其他常用多标记学习算法。     

一种基于标签相关性的类属属性多标签分类算法

多标签学习中一个样本可同时属于多个类别标签,每个标签都可能拥有反映该标签特定特点的特征,即类属属性,目前已经出现了基于类属属性的多标签分类算法LIFT。针对LIFT算法中未考虑标签之间相互关系的问题,提出一种基于标签相关性的类属属性多标签分类算法CLLIFT。该算法使用标签距离度量标签之间的相关性,通过在类属属性空间附加相关标签的方式完成标签相关性的引入,以达到提升分类性能的目的。在四个多标签数据集上的实验结果表明,所提算法与LIFT算法相比在多个多标签评价指标上平均提升21.1%。     

基于局部标记信息的多标记学习算法

一个样例的标记信息可能会对附近其他样例的学习提供有用信息,特别是在数据比较匮乏的情况下,利用已标记数据与未标记数据间的相关性,能够在一定程度上避免因数据不足所造成的误差。针对样例之间的相关性研究,提出基于局部标记信息的多标记学习算法,算法首先获取样例的局部标记信息,然后将样例的局部标记信息引入属性空间构造新的样例集合,并根据新的样例集合进行分类。实验结果表明,算法的分类性能得到较大提升,且优于其他常用多标记学习算法。     

Attribute and label distribution driven multi-label active learning

In multi-label learning, each instance is simultaneously associated with multiple class labels. A large number of labels in an application exacerbates the problem of label scarcity. An interesting issue concerns how to query as few labels as possible while obtaining satisfactory classification accuracy. For this purpose, we propose the attribute and label distribution driven multi-label active learning (MCAL) algorithm. MCAL considers the characteristics of both attributes and labels to enable the selection of critical instances based on different measures. Representativeness is measured by the probability density function obtained by non-parametric estimation, while informativeness is measured by the bilateral softmax predicted entropy. Diversity is measured by the distance metric among instances, and richness is measured by the number of softmax predicted labels. We describe experiments performed on eight benchmark datasets and eleven real Yahoo webpage datasets. The results verify the effectiveness of MCAL and its superiority over state-of-the-art multi-label algorithms and multi-label active learning algorithms.