基于多标签学习的创伤救治层链决策研究

在现代创伤救治中,根据患者伤情进行合理而准确的院前评估并制定相应的救治决策对降低患者伤残率与死亡率具有重要意义。为了改善人工制定决策的缺陷,实现准确合理的标准化创伤救治决策制定,本文利用多标签学习思想,在对创伤救治决策进行深入分析与研究的基础上,将整体救治决策进行子决策划分,并提取出子决策对应的判定因素作为标签集。为了更好地考虑标签间的关联,将Classifier Chains算法的链式思想与多标签K近邻（Multi-label K-nearest neighbor,ML-KNN）算法融合,提出一种层链多标签学习算法,称为层链多标签K近邻算法（Layer chain ML-KNN,LCML-KNN）。LCML-KNN算法将标签依特点划分为两个层链,在第一层链的预测标签信息输出后对其进行独热编码,转化后的标签看作新特征放入第二层链进行预测与判断。LCML-KNN算法不仅更好地考虑了标签间的关联性,而且通过标签转化扩充了特征维数。在两个创伤类数据集上与现有各类多标签算法进行实验对比,结果验证了LCML-KNN算法的鲁棒性和优越性。     

Spark下的并行多标签最近邻算法

随着大数据时代的到来,大规模多标签数据挖掘方法受到广泛关注。多标签最近邻算法MLKNN是一种简单高效、应用广泛的多标签分类方法,其分类精度在很多应用中都高于其他常见的多标签学习方法。然而随着需要处理的数据规模越来越大,传统串行ML-KNN算法已经难以满足大数据应用中时间和存储空间上的限制。结合Spark的并行机制和其基于内存的迭代计算特点,提出了一种基于Spark并行框架的ML-KNN算法SML-KNN。在Map阶段分别找到待预测样本每个分区的K近邻,随后Reduce阶段根据每个分区的近邻集合确定最终的K近邻,最后并行地对近邻的标签集合进行聚合,通过最大化后验概率准则输出待预测样本的目标标签集合。串行和并行环境下的对比实验结果表明,SML-KNN在保证分类精度的前提下性能与计算资源呈近似线性关系,提高了ML-KNN算法对大规模多标签数据的处理能力。     

基于标签相关性的K近邻多标签分类方法

针对K近邻多标签(ML-KNN)分类算法中未考虑标签相关性的问题,提出了一种基于标签相关性的K近邻多标签分类(CML-KNN)算法。首先,计算出标签集合中每对标签间的条件概率;其次,对于即将被预测的标签,将其与已经预测的标签间的条件概率进行排序,求出最大值;最后,将最大值跟对应标签值相乘同时结合最大化后验概率(MAP)来构造多标签分类模型,对新标签进行预测。实验结果表明,所提算法在Emotions数据集上的分类性能均优于ML-KNN、AdaboostMH、RAkEL、BPMLL这4种算法;在Yeast、Enron数据集上仅在1~2个评价指标上低于ML-KNN与RAkEL算法。由实验分析可知,该算法取得了较好的分类效果。     

基于最近邻距离权重的ML-KNN算法

在大数据环境下,K近邻多标签算法（ML-KNN）高时间复杂度的问题显得尤为突出;此外,ML-KNN也没有考虑◢k◣个近邻对最终分类结果的影响。针对上述问题进行研究,首先将训练集进行聚类,再为测试集找到一个距离其最近的训练数据簇作为新的训练数据集;然后计算最近邻样本的距离权重,并用该权重描述最近邻和其他近邻对预测结果的影响;最后使用新的目标函数为待测样本分类。通过在图片、Web页面文本数据等数据集上的实验表明,所提算法得到了更好的分类结果,并且大大降低了时间复杂度。     

融合萤火虫方法的多标签懒惰学习算法

已有的多标签懒惰学习算法（IMLLA）在利用近邻标签时因仅考虑了近邻标签相关性信息，而忽略相似度的影响，这可能会使算法的鲁棒性有所降低。针对这个问题，引入萤火虫方法，将相似度信息与标签信息相结合，提出一种融合萤火虫方法的多标签懒惰学习算法（FF-MLLA）。首先，利用Minkowski距离来度量样本间相似度，从而找到近邻点；然后，结合标签近邻点和萤火虫方法对标签计数向量进行改进；最后，使用奇异值分解（SVD）与核极限学习机（ELM）进行线性分类。该算法同时考虑了标签信息与相似度信息从而提高了鲁棒性。实验结果表明，所提算法较其他的多标签学习算法有一定优势，并使用统计假设检验与稳定性分析进一步说明所提出算法的合理性与有效性。     

基于改进的RAKEL算法的心电图诊断分类

心电图（ECG）数据通常包含多种病症,而ECG诊断是一个典型的多标签分类问题。在多标签分类方法中,RAKEL算法将标签集随机分解为若干个大小为k的子集,并建立LP分类器进行训练;然而由于没有充分考虑标签间的相关性,LP分类器中容易产生一些标签组合所对应样本稀少的情况,从而影响预测性能。为了充分考虑标签间的相关性,提出一种基于贝叶斯网络的RAKEL算法BN-RAKEL。首先利用贝叶斯网络找到标签间的相关性,确定候选标签子集;然后对每个标签采用基于信息增益的特征选择算法确定其最优特征空间,并针对每个候选标签子集利用最优特征空间相似性来检测其相关程度,以确定最终的具有强相关性的标签子集;最后在标签子集的最优特征空间上训练LP分类器。在实际的ECG数据集上,与多标签K近邻（ML-KNN）、RAKEL、CC和基于FP-Growth的RAKEL算法FI-RAKEL进行对比,结果显示所提算法在召回率和F-score上最少提高了3.6个百分点和2.3个百分点。实验结果表明,BN-RAKEL算法有较好的预测性能,能有效提升ECG诊断的准确性。     

基于互信息的粒化特征加权多标签学习k近邻算法

传统基于k近邻的多标签学习算法,在寻找近邻度量样本间的距离时,对所有特征给予同等的重要度.这些算法大多采用分解策略,对单个标签独立预测,忽略了标签间的相关性.多标签学习算法的分类效果跟输入的特征有很大的关系,不同的特征含有的标签分类信息不同,故不同特征的重要度也不同.互信息是常用的度量2个变量间关联度的重要方法之一,能够有效度量特征含有标签分类的知识量.因此,根据特征含有标签分类知识量的大小,赋予相应的权重系数,提出一种基于互信息的粒化特征加权多标签学习k近邻算法(granular feature weighted k-nearest neighbors algorithm for multi-label learning, GFWML-kNN),该算法将标签空间粒化成多个标签粒,对每个标签粒计算特征的权重系数,以解决上述问题和标签组合爆炸问题.在计算特征权重时,考虑到了标签间可能的组合,把标签间的相关性融合进特征的权重系数.实验表明：相较于若干经典的多标签学习算法,所提算法GFWML-kNN整体上能取得较好的效果.     

构造样本k近邻数据的多标签分类算法

在多标签分类问题中,通过k近邻的分类思想,构造测试样本关于近邻样本类别标签的新数据,通过回归模型建立在新数据下的多标签分类算法。计算测试样本在每个标签上考虑距离的k近邻,构造出每个样本关于标签的新数据集。对新数据集采取线性回归和Logistic回归,给出基于样本k近邻数据的多标签分类算法。为了进一步利用原始数据的信息,考虑每个标签关于原始属性的Markov边界,结合新数据的特征建立新的回归模型,提出考虑Markov边界的多标签分类算法。实验结果表明所给出的方法性能优于常用的多标签学习算法。     

基于粒计算的K近邻多标签学习算法

K近邻多标签学习算法的近邻点个数取固定值,而没有考虑样本分布的特点,可能会将相似度高的点排除在近邻集外,或者将相似度低的点包含在近邻集内,影响分类器的性能。为此,将粒计算的思想引入近邻集的构建,提出一种新的K近邻多标签学习算法。通过粒度控制,确定近邻点集,使得领域内的样本点有高相似性,且此类样本能进入近邻集。实验结果表明,该算法的大多数评价指标均优于现有的多标签学习算法。     

扩展ReliefF的两种多标签特征选择算法

针对Relief F算法局限于单标签数据问题,提出两种多标签特征选择算法Mult-Relief F和M-A算法。Mult-Relief F算法重新定义了类内最近邻和类外最近邻的查找方法,并加入标签的贡献值更新特征权重公式。MA算法在Mult-Relief F算法的基础下,利用邻域能去除冗余的特性,更多地去除冗余特征达到更好的降维效果。采用ML-KNN分类算法进行实验。在多个数据集上测试表明,Mult-Relief F算法能提高分类效果,M-A算法能获得最小的特征子集。     

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.     

A comparative study of fuzzy PSO and fuzzy SVD-based RBF neural network for multi-label classification

In multi-label classification problems, every instance is associated with multiple labels at the same time. Binary classification, multi-class classification and ordinal regression problems can be seen as unique cases of multi-label classification where each instance is assigned only one label. Text classification is the main application area of multi-label classification techniques. However, relevant works are found in areas like bioinformatics, medical diagnosis, scene classification and music categorization. There are two approaches to do multi-label classification: The first is an algorithm-independent approach or problem transformation in which multi-label problem is dealt by transforming the original problem into a set of single-label problems, and the second approach is algorithm adaptation, where specific algorithms have been proposed to solve multi-label classification problem. Through our work, we not only investigate various research works that have been conducted under algorithm adaptation for multi-label classification but also perform comparative study of two proposed algorithms. The first proposed algorithm is named as fuzzy PSO-based ML-RBF, which is the hybridization of fuzzy PSO and ML-RBF. The second proposed algorithm is named as FSVD-MLRBF that hybridizes fuzzy c-means clustering along with singular value decomposition. Both the proposed algorithms are applied to real-world datasets, i.e., yeast and scene dataset. The experimental results show that both the proposed algorithms meet or beat ML-RBF and ML-KNN when applied on the test datasets.

     

基于标签相关性的K近邻多标签学习

多标签学习是机器学习领域的一个研究热点,其能够有效解决真实世界中的多语义问题。在多标签学习任务中,样本的多个标签之间存在一定的关联关系,忽略标签间的相关性会导致模型的泛化性能降低。提出一种基于标签间相关性的多标签学习K近邻算法。充分挖掘样本多标签间的相关性,通过Fp_growth算法得到标签的频繁项集。针对频繁项和标签分别构建评分模型和阈值模型,评分模型用于衡量样本与频繁项或标签之间的关联程度,阈值模型用于求解频繁项或标签对应的判别阈值,结合评分模型和阈值模型对样本所属频繁项进行预测,进而确定样本标签集。在经典数据集Emotions和Scene上的实验结果表明,该算法的F1-Measure指标分别达到66.6%和73.3%,相比CC、LP、RAKEL、MLDF等基准方法,其F1-Measure分别平均提高3.8和2.1个百分点,该算法通过合理利用标签间的相关性使得分类性能得到有效提升。     

页岩气储层预测的多标签主动学习算法

针对页岩气储层数据获取困难、标签稀缺、标注成本高昂的问题,提出一种多标准主动查询的多标签学习(MAML)算法.首先,考虑样本的信息性和代表性来对样本进行初步处理;其次,加入包括属性差异性和标签丰富性的样本丰富性约束,在此基础上选择有价值的样本进行标签查询;最后,利用多标签学习算法来预测剩余样本的标签.通过11个Yaho...     

Multi-label fault recognition framework using deep reinforcement learning and curriculum learning mechanism

In the actual working site, the equipment often works in different working conditions while the manufacturing system is rather complicated. However, traditional multi-label learning methods need to use the pre-defined label sequence or synchronously predict all labels of the input sample in the fault diagnosis domain. Deep reinforcement learning (DRL) combines the perception ability of deep learning and the decision-making ability of reinforcement learning. Moreover, the curriculum learning mechanism follows the learning approach of humans from easy to complex. Consequently, an improved proximal policy optimization (PPO) method, which is a typical algorithm in DRL, is proposed as a novel method on multi-label classification in this paper. The improved PPO method could build a relationship between several predicted labels of input sample because of designing an action history vector, which encodes all history actions selected by the agent at current time step. In two rolling bearing experiments, the diagnostic results demonstrate that the proposed method provides a higher accuracy than traditional multi-label methods on fault recognition under complicated working conditions. Besides, the proposed method could distinguish the multiple labels of input samples following the curriculum mechanism from easy to complex, compared with the same network using the pre-defined label sequence.     

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。