基于标记特征的多标记学习改进算法

基于标记特征的多标记分类算法通过对标记的正反样例集合进行聚类,计算样例与聚类中心间的距离构造样例针对标记的特征子集,并生成新的训练集,在新的训练集上利用传统的二分类器进行分类。算法在构造特征子集的过程中采用等权重方式,忽略了样例之间的相关性。提出了一种改进的多标记分类算法,通过加权方式使生成的特征子集更加准确,有助于提高样例的分类精度。实验表明改进的算法性能优于其他常用的多标记分类算法。     

基于局部正、负标记相关性的k近邻多标记分类新算法

在多标记学习中,每个样本都由一个实例表示,并与多个类标记相关联。现有的多标记学习算法大多是在全局利用标记相关性,即假设所有的样本共享不同类别标记之间的正相关性。然而,在实际应用中,不同的样本共享不同的标记相关性,标记间不仅存在正相关性,而且存在相互排斥的现象,即负相关性。针对这一问题,提出了基于局部正、负成对标记相关性的k近邻多标记分类算法PNLC。首先,对多标记数据的特征向量进行预处理,分别为每类标记构造对该类标记最具有判别能力的属性特征;然后,在训练阶段,PNLC算法通过所有训练样本中各样本的每个k近邻的真实标记构建标记之间的正、负局部成对相关性矩阵;最后,在测试阶段,首先得到每个测试样例的k近邻及其对应的正、负成对标记关系,利用该标记关系计算最大后验概率对测试样例进行预测。实验结果表明,PNLC算法在yeast和image数据集上的分类准确率明显优于其他常用的多标记分类算法。     

基于局部近邻相关性的多标记算法

通过近邻样例类标记确定测试样例类标记的思想在多标记分类算法中取得了良好的效果。该类算法通过对训练集进行学习,建立训练样例类标记与其k个近邻样例中不同类标记样例个数的映射关系,然后用该映射关系预测测试样例的类标记。该类算法的不足是只考虑近邻样例中不同类别样例的个数与测试样例类标记的映射关系,忽略了近邻样例与测试样例的局部相关性。考虑训练样例类与近邻样例的局部相关性,建立起它们类别间的映射关系,预测测试样例类标记,提出ML-WKNN算法。实验表明,ML-WKNN能更好地处理多标记分类问题和自动图像标注问题。     

用于多标记学习的局部顺序分类器链算法

标记间的相关性在分类问题中具有重要作用,目前有研究将标记相关性引入多标记学习,通过分类器链的形式将标记结果引入属性空间,为学习其他标记提供有用信息。分类器链中标记的预测顺序具有随机性,分类结果存在着很大的不确定性与不稳定性,且容易造成错误信息的传播。为此充分考虑标记的局部分布特性,提出了一种局部顺序分类器链算法,解决分类器链中分类器顺序问题。实验表明,该算法性能优于其他常用多标记学习算法。     

融合标记独有属性特征的k近邻多标记分类新算法

在多标记学习系统中,每个样本同时与多个类别标记相关,却均由一个属性特征向量描述。大部分已有的多标记分类算法采用的共同策略是使用相同的属性特征集合预测所有的类别标记,但它并非最佳选择,原因在于每个标记可能与其自身独有的属性特征相关性最大。针对这一问题,提出了融合标记独有属性特征的k近邻多标记分类算法—IML-kNN。首先对多标记数据的特征向量进行预处理,分别为每类标记构造对该类标记最具有判别能力的属性特征;然后基于得到的属性特征使用改进后的ML-kNN算法进行分类。实验结果表明,IML-kNN算法在yeast和image数据集上的性能明显优于ML-kNN算法以及其他3种常用的多标记分类算法。     

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。     

基于标记相关性的多示例多标记算法

多示例多标记学习（Multi-Instance Multi-Label,MIML）是一种新的机器学习框架,基于该框架上的样本由多个示例组成并且与多个类别相关联,该框架因其对多义性对象具有出色的表达能力,已成为机器学习界研究的热点.解决MIML分类问题的最直接的思路是采用退化策略,通过向多示例学习或多标记学习的退化,将MIML框架下的分类问题简化为一系列的二类分类问题进行求解.但是在退化过程中会丢失标记之间的关联信息,降低分类的准确率.针对此问题,本文提出了MIMLSVM-LOC算法,该算法将改进的MIMLSVM算法与一种局部标记相关性的方法ML-LOC相结合,在训练过程中结合标记之间的关联信息进行分类.算法首先对MIMLSVM算法中的K-medoids聚类算法进行改进,采用的混合Hausdorff距离,将每一个示例包转化为一个示例,将MIML问题进行了退化.然后采用单示例多标记的算法ML-LOC算法继续以后的分类工作.在实验中,通过与其他多示例多标记算法对比,得出本文提出的算法取得了比其他分类算法更优的分类效果.     

基于标记权重的多标记特征选择算法

在多标记学习中,特征选择是解决多标记数据高维性的有效手段。每个标记对样本的可分性程度不同,这可能会为多标记学习提供一定的信息。基于这一假设,提出了一种基于标记权重的多标记特征选择算法。该算法首先利用样本在整个特征空间的分类间隔对标记进行加权,然后将特征在整个标记集合下对样本的可区分性作为特征权重,以此衡量特征对标记集合的重要性。最后,根据特征权重对特征进行降序排列,从而得到一组新的特征排序。在6个多标记数据集和4个评价指标上的实验结果表明,所提算法优于一些当前流行的多标记特征选择算法。     

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。     

基于标记特定特征和相关性的ML-KNN改进算法

目前大部分已经存在的多标记学习算法在模型训练过程中所采用的共同策略是基于相同的标记属性特征集合预测所有标记类别.但这种思路并未对每个标记所独有的标记特征进行考虑.在标记空间中,这种标记特定的属性特征对于区分其它类别标记和描述自身特性是非常有帮助的信息.针对这一问题,本文提出了基于标记特定特征和相关性的ML-KNN改进算法MLF-KNN.不同于之前的多标记算法直接在原始训练数据集上进行操作,而是首先对训练数据集进行预处理,为每一种标记类别构造其特征属性,在得到的标记属性空间上进一步构造L₁-范数并进行优化从而引入标记之间的相关性,最后使用改进后的ML-KNN算法进行预测分类.实验结果表明,在公开数据集image和yeast上,本文提出的算法MLF-KNN分类性能优于ML-KNN,同时与其它另外3种多标记学习算法相比也表现出一定的优越性.     

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。     

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.     

基于标签特征和相关性的多标签分类算法

针对标签特有特征和标签相关性的有效利用，提出了一种新的多标签算法LSFLC，它可以有效地集成标签特有特征和标签相关性。首先，对于每个标签，通过重采样技术生成新的正类实例以扩充其正类实例的数目；其次，通过特征映射函数将原始特征空间转换为特定的特征空间，得到每个标签的标签特征集；然后，对于每个标签，找到与其最相关标签，通过复制该标签的正类实例来扩大标签特征集，这不仅丰富了标签的信息，而且在一定程度上改善了类不平衡的问题；最后，对于不同的数据集进行实验分析，实验结果表明该算法的分类效果更好。     

ML-KNN: A lazy learning approach to multi-label learning

Multi-label learning originated from the investigation of text categorization problem, where each document may belong to several predefined topics simultaneously. In multi-label learning, the training set is composed of instances each associated with a set of labels, and the task is to predict the label sets of unseen instances through analyzing training instances with known label sets. In this paper, a multi-label lazy learning approach named ML-KNN is presented, which is derived from the traditional K-nearest neighbor (KNN) algorithm. In detail, for each unseen instance, its K nearest neighbors in the training set are firstly identified. After that, based on statistical information gained from the label sets of these neighboring instances, i.e. the number of neighboring instances belonging to each possible class, maximum a posteriori (MAP) principle is utilized to determine the label set for the unseen instance. Experiments on three different real-world multi-label learning problems, i.e. Yeast gene functional analysis, natural scene classification and automatic web page categorization, show that ML-KNN achieves superior performance to some well-established multi-label learning algorithms.     

基于正则化的半监督弱标签分类方法

针对多标签学习中实例标签的缺失补全和预测问题,本文提出一种基于正则化的半监督弱标签分类方法(简称SWCMR),方法同时兼顾实例相似性和标签相关性.SWCMR首先根据标签相关性对弱标签实例的缺失标签进行初步预估,然后利用弱标签实例和无标签实例构造邻域图,从实例相似性和标签相关性角度构建基于平滑性假设的正则化项,接下来利用预估后的弱标签实例结合无标签实例训练半监督弱标签分类模型.在多种公共多标签数据集上的实验结果表明,SWCMR提高了分类性能,尤其是标签信息较少时,分类效果提升更显著.     

Bayesian multi-instance multi-label learning using Gaussian process prior

Multi-instance multi-label learning (MIML) is a newly proposed framework, in which the multi-label problems are investigated by representing each sample with multiple feature vectors named instances. In this framework, the multi-label learning task becomes to learn a many-to-many relationship, and it also offers a possibility for explaining why a concerned sample has the certain class labels. The connections between instances and labels as well as the correlations among labels are equally crucial information for MIML. However, the existing MIML algorithms can rarely exploit them simultaneously. In this paper, a new MIML algorithm is proposed based on Gaussian process. The basic idea is to suppose a latent function with Gaussian process prior in the instance space for each label and infer the predictive probability of labels by integrating over uncertainties in these functions using the Bayesian approach, so that the connection between instances and every label can be exploited by defining a likelihood function and the correlations among labels can be identified by the covariance matrix of the latent functions. Moreover, since different relationships between instances and labels can be captured by defining different likelihood functions, the algorithm may be used to deal with the problems with various multi-instance assumptions. Experimental results on several benchmark data sets show that the proposed algorithm is valid and can achieve superior performance to the existing ones.     

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。     

Missing multi-label learning with non-equilibrium based on two-level autoencoder

For a multi-label learning framework, each instance may belong to multiple labels simultaneously. The classification accuracy can be improved significantly by exploiting various correlations, such as label correlations, feature correlations, or the correlations between features and labels. There are few studies on how to combine the feature and label correlations, and they deal more with complete data sets. However, missing labels or other phenomena often occur because of the cost or technical limitations in the data acquisition process. A few label completion algorithms currently suitable for missing multi-label learning, ignore the noise interference of the feature space. At the same time, the threshold of the discriminant function often affects the classification results, especially those of the labels near the threshold. All these factors pose considerable difficulties in dealing with missing labels using label correlations. Therefore, we propose a missing multi-label learning algorithm with non-equilibrium based on a two-level autoencoder. First, label density is introduced to enlarge the classification margin of the label space. Then, a new supplementary label matrix is augmented from the missing label matrix with the non-equilibrium label completion method. Finally, considering feature space noise, a two-level kernel extreme learning machine autoencoder is constructed to implement the information feature and label correlation. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by many experiments on both missing and complete label data sets. A statistical analysis of hypothesis validates our approach.