基于概念权重向量的MIMLSVM改进算法

针对多示例多标记学习算法MIMLSVM只从包层面构造聚类,而忽略了包内示例分布对分类造成影响这一不足,提出一种基于概念权重向量的MIMLSVM改进算法——I-MIMLSVM算法。首先从示例层面构造聚类,挖掘出示例中的潜在概念簇,运用R-PATTERN算法计算每个概念簇的概念权重;然后利用TF-IDF算法计算每个概念簇在各个示例包中的重要度;最后将示例包表示为概念权重向量,向量的每一维即为概念簇的概念权重与其在该包中的重要度的乘积。将该算法在包含2000幅图像的自然数据集上进行实验验证,结果表明改进的算法在分类性能上整体优于原算法,尤其在Hamming loss,Coverage和Average precision这3个测评指标上较为明显。     

结合包光滑性的半监督多示例核学习方法

以往半监督多示例学习算法常把未标记包分解为示例集合,使用传统的半监督单示例学习算法确定这些示例的潜在标记以对它们进行利用。但该类方法认为多示例样本的分类与其概率密度分布紧密相关,且并未考虑包结构对包分类标记的影响。提出一种基于包层次的半监督多示例核学习方法,直接利用未标记包进行半监督学习器的训练。首先通过对示例空间聚类把包转换为概念向量表示形式,然后计算概念向量之间的海明距离,在此基础上计算描述包光滑性的图拉普拉斯矩阵,进而计算包层次的半监督核,最后在多示例学习标准数据集和图像数据集上测试本算法。测试表明本算法有明显的改进效果。     

基于类别重要度的MIMLBoost改进算法

针对多示例多标记学习算法MIMLBoost中退化过程造成的类别不平衡问题,运用人工降采样思想,引入类别重要度,提出一种改进的基于类别标记评估的退化方法.该方法通过对示例空间中的示例包进行聚类,把标记空间中的标记量化到聚类簇上,再以聚类簇为单位,利用TF-IDF算法对每个类别标记进行重要度评估和筛选,去除重要度低的标记,并将簇中的示例包与其余的类别标记拼接起来,以此来减少大类样本的出现,完成多示例多标记样本向多示例单标记样本的转化.在自然数据集上进行了实验,实验结果发现,改进算法的性能整体上优于原算法,尤其在Hamming loss、coverage、ranking loss三个评测指标上尤为明显,说明所提算法能够有效降低分类的出错率,提高算法的精度和分类效率.     

基于多示例多标记的抽油机故障诊断

针对抽油机工况数据可从位移、载荷、电流等多个方面进行描述,若仅仅使用一个特征向量来描述抽油机工况数据会使其信息过于简化,丢失一部分有效信息的问题,以及工况数据具有多义性的特征,提出基于多示例多标记的抽油机故障诊断.该学习方法中,用抽油机的位移、载荷、电流数据作为抽油机工况样本包的多个示例,使用k-medoids聚类算法对样本包进行聚类,将多个样本包转换为若干示例,新示例的每一维表示样本包到样本各聚类中心的距离,再利用MLSVM算法对转换后的多标记问题进行求解.实验结果表明,多示例多标记学习能够及时、准确地诊断出抽油机故障问题.     

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.     

基于多示例的K-means聚类学习算法

多示例学习是继监督学习、非监督学习、强化学习后的又一机器学习框架。将多示例学习和非监督学习结合起来,在传统非监督聚类算法K-means的基础上提出MIK-means算法,该算法利用混合Hausdorff距离作为相似测度来实现数据聚类。实验表明,该方法能够有效揭示多示例数据集的内在结构,与K-means算法相比具有更好的聚类效果。     

图像搜索结果的滑动窗口多标记传播聚类

针对图像聚类中数据量大、部分重叠等问题,提出一种基于滑动窗口的多标记传播聚类算法。首先根据图像距离计算图像间的相似度,设定阈值将相似度转变为链接,构造出一个无向图;然后应用基于滑动窗口的多标记传播算法对无向图进行社区划分。滑动窗口可以存放多个标记,从而一个图像可以归属于多个类别。对公开网络数据和搜索引擎返回的真实图像数据进行实验,结果表明,该方法能有效发现具有重叠划分的簇,且簇的意义比较明确。     

结合谱聚类的标记分布学习

标记分布是一种新的学习范式,现有算法大多数直接使用条件概率建立参数模型,未充分考虑样本之间的相关性,导致计算复杂度增大。基于此,引入谱聚类算法,通过样本之间相似性关系将聚类问题转化为图的全局最优划分问题,进而提出一种结合谱聚类的标记分布学习算法（label distribution learning with spectral clustering,SC-LDL）。首先,计算样本相似度矩阵;然后,对矩阵进行拉普拉斯变换,构造特征向量空间;最后,通过K-means算法对数据进行聚类建立参数模型,预测未知样本的标记分布。与现有算法在多个数据集上的实验表明,本算法优于多个对比算法,统计假设检验进一步说明算法的有效性和优越性。     

通过评估示例中概念的重要性来解决多示例学习问题

在多示例学习问题中,训练数据集里面的每一个带标记的样本都是由多个示例组成的包,其最终目的是利用这一数据集去训练一个分类器,使得可以利用该分类器去预测还没有被标记的包。在以往的关于多示例学习问题的研究中,有的是通过修改现有的单示例学习算法来迎合多示例的需要,有的则是通过提出新的方法来挖掘示例与包之间的关系并利用挖掘的结果来解决问题。以改变包的表现形式为出发点,提出了一个解决多示例学习问题的算法——概念评估算法。该算法首先利用聚类算法将所有示例聚成d簇,每一个簇可以看作是包含在示例中的概念;然后利用原本用于文本检索的TF-IDF(Term Frequency-Inverse Document Frequency)算法来评估出每一个概念在每个包中的重要性;最后将包表示成一个d维向量——概念评估向量,其第i个位置表示第i个簇所代表的概念在某个包中的重要程度。经重新表示后,原有的多示例数据集已不再是"多示例",以至于一些现有的单示例学习算法能够用来高效地解决多示例学习问题。     

基于聚类与分类结合的多示例预测算法

针对训练包不含标签的无监督多示例问题,本文提出了聚类和分类结合的多示例预测算法。首先利用多示例聚类算法完成无监督多示例学习的聚类任务,并根据聚类结果,将各个簇中的每个包转换成相应的k维特征向量。在标准多示例预测模型和一般性多示例预测模型上进行实验,可以得到较高的预测准确度,与其它多示例预测算法相比,本文算法具有较好的性能。     

半监督多示例核

在多示例学习中引入利用未标记示例的机制,能降低训练的成本并提高学习器的泛化能力。当前半监督多示例学习算法大部分是基于对包中的每一个示例进行标记,把多示例学习转化为一个单示例半监督学习问题。考虑到包的类标记由包中示例及包的结构决定,提出一种直接在包层次上进行半监督学习的多示例学习算法。通过定义多示例核,利用所有包(有标记和未标记)计算包层次的图拉普拉斯矩阵,作为优化目标中的光滑性惩罚项。在多示例核所张成的RKHS空间中寻找最优解被归结为确定一个经过未标记数据修改的多示例核函数,它能直接用在经典的核学习方法上。在实验数据集上对算法进行了测试,并和已有的算法进行了比较。实验结果表明,基于半监督多示例核的算法能够使用更少量的训练数据而达到与监督学习算法同样的精度,在有标记数据集相同的情况下利用未标记数据能有效地提高学习器的泛化能力。     

Multi-instance clustering with applications to multi-instance prediction

In the setting of multi-instance learning, each object is represented by a bag composed of multiple instances instead of by a single instance in a traditional learning setting. Previous works in this area only concern multi-instance prediction problems where each bag is associated with a binary (classification) or real-valued (regression) label. However, unsupervised multi-instance learning where bags are without labels has not been studied. In this paper, the problem of unsupervised multi-instance learning is addressed where a multi-instance clustering algorithm named Bamic is proposed. Briefly, by regarding bags as atomic data items and using some form of distance metric to measure distances between bags, Bamic adapts the popular k -Medoids algorithm to partition the unlabeled training bags into k disjoint groups of bags. Furthermore, based on the clustering results, a novel multi-instance prediction algorithm named Bartmip is developed. Firstly, each bag is re-represented by a k-dimensional feature vector, where the value of the i-th feature is set to be the distance between the bag and the medoid of the i-th group. After that, bags are transformed into feature vectors so that common supervised learners are used to learn from the transformed feature vectors each associated with the original bag’s label. Extensive experiments show that Bamic could effectively discover the underlying structure of the data set and Bartmip works quite well on various kinds of multi-instance prediction problems.     

结合模糊聚类的多示例集成算法

针对许多多示例算法都对正包中的示例情况做出假设的问题,提出了结合模糊聚类的多示例集成算法（ISFC）。结合模糊聚类和多示例学习中负包的特点,提出了“正得分”的概念,用于衡量示例标签为正的可能性,降低了多示例学习中示例标签的歧义性;考虑到多示例学习中将负示例分类错误的代价更大,设计了一种包的代表示例选择策略,选出的代表示例作为基分类器的训练子集;结合各基分类器的结果,确定包的最终标签。ISFC算法对正包中正示例的比例未做任何假设,同时能够解决正包数量多、负包数量少情况下的类别不平衡问题。实验结果表明,ISFC在药物分子活性预测、图像分类、文本分类任务上都取得了较好的分类效果。     

基于弱标签的多示例迁移学习方法

作为监督学习的一种变体,多示例学习(MIL)试图从包中的示例中学习分类器。在多示例学习中,标签与包相关联,而不是与单个示例相关联。包的标签是已知的,示例的标签是未知的。MIL可以解决标记模糊问题,但要解决带有弱标签的问题并不容易。对于弱标签问题,包和示例的标签都是未知的,但它们是潜在的变量。现在有多个标签和示例,可以通过对不同标签进行加权来近似估计包和示例的标签。提出了一种新的基于迁移学习的多示例学习框架来解决弱标签的问题。首先构造了一个基于多示例方法的迁移学习模型,该模型可以将知识从源任务迁移到目标任务中,从而将弱标签问题转换为多示例学习问题。在此基础上,提出了一种求解多示例迁移学习模型的迭代框架。实验结果表明,该方法优于现有多示例学习方法。     

Adapting RBF Neural Networks to Multi-Instance Learning

In multi-instance learning, the training examples are bags composed of instances without labels, and the task is to predict the labels of unseen bags through analyzing the training bags with known labels. A bag is positive if it contains at least one positive instance, while it is negative if it contains no positive instance. In this paper, a neural network based multi-instance learning algorithm named RBF-MIP is presented, which is derived from the popular radial basis function (RBF) methods. Briefly, the first layer of an RBF-MIP neural network is composed of clusters of bags formed by merging training bags agglomeratively, where Hausdorff metric is utilized to measure distances between bags and between clusters. Weights of second layer of the RBF-MIP neural network are optimized by minimizing a sum-of-squares error function and worked out through singular value decomposition (SVD). Experiments on real-world multi-instance benchmark data, artificial multi-instance benchmark data and natural scene image database retrieval are carried out. The experimental results show that RBF-MIP is among the several best learning algorithms on multi-instance problems.     

多示例学习的示例层次覆盖算法

在多示例学习（Multi-instance learning,MIL）中,核心示例对于包类别的预测具有重要作用。若两个示例周围分布不同数量的同类示例,则这两个示例的代表程度不同。为了从包中选出最具有代表性的示例组成核心示例集,提高分类精度,本文提出多示例学习的示例层次覆盖算法（Multi-instance learning with instance_level covering algorithm,MILICA）。该算法首先利用最大Hausdorff距离和覆盖算法构建初始核心示例集,然后通过覆盖算法和反验证获得最终的核心示例集和各覆盖包含的示例数,最后使用相似函数将包转为单示例。在两类数据集和多类图像数据集上的实验证明,MILICA算法具有较好的分类性能。     

基于多样性密度的多示例学习方法

结合多样性密度和带负类的支持向量数据描述,提出了一种能够有效解决多示例问题的算法:MIL-NSVDD_DD。该算法首先通过多样性密度算法找出多示例问题中最优示例模型,然后通过使用带负类的支持向量数据描述对示例模型进行训练,以得到最终的分类器,用得到的分类器再对新包进行预测。最后通过实验表明了该算法的有效性。     

基于多部位多示例学习的人体检测

基于部位的检测方法能处理多姿态及部分遮挡的人体检测,多示例学习能有效处理图像的多义性,被广泛应用于图像检索与场景理解中。文中提出一种基于多示例学习的多部位人体检测方法。首先,根据人体生理结构将图像分割成若干区域,每个区域包含多个示例,利用AdaBoost多示例学习算法来训练部位检测器。然后利用各部位检测器对训练样本进行测试得到其响应值,从而将训练样本转化为部位响应值组成的特征向量。再用SVM方法对这些向量进行学习,得到最终的部位组合分类器。在INRIA数据集上的实验结果表明该方法能改进单示例学习的检测性能,同时评价3种不同的部位划分及其对检测性能的影响。