กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 8 นาที

การจำแนกประเภทชั้นเดียว

เปลี่ยนเส้นทางไปยังส่วนต่างๆ

ใน การเรียนรู้ ของเครื่องการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียว ( OCC ) หรือที่รู้จักกันในชื่อการจำแนกประเภทแบบเอกภาคหรือการสร้างแบบจำลองคลาสเป็นแนวทางในการฝึกตัวจำแนกแบบไบนารีโดยใช้เพียงตัวอย...

การจำแนกประเภทชั้นเดียว

ใน การเรียนรู้ ของเครื่องการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียว ( OCC ) หรือที่รู้จักกันในชื่อการจำแนกประเภทแบบเอกภาคหรือการสร้างแบบจำลองคลาสเป็นแนวทางในการฝึกตัวจำแนกแบบไบนารีโดยใช้เพียงตัวอย่างของคลาสใดคลาสหนึ่งจากสองคลาสเท่านั้น[ 1 ]

ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบเกียร์ของเฮลิคอปเตอร์[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]การทำนายความล้มเหลวของมอเตอร์[ 5 ]หรือการประเมินสถานะการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ว่าเป็น 'ปกติ': [ 6 ]ในสถานการณ์เช่นนี้ มีตัวอย่างน้อยมากหรือแทบไม่มีเลยของสถานะระบบที่หายนะ – ค่าผิดปกติที่หายาก – ซึ่งประกอบเป็นคลาสที่สอง หรืออีกทางหนึ่ง คลาสที่กำลังมุ่งเน้นอาจครอบคลุมชุดย่อยของข้อมูลขนาดเล็กที่สอดคล้องกัน และการฝึกอบรมอาจอาศัยแนวทางคอขวดของข้อมูล[ 7 ]

ในทางปฏิบัติ ตัวอย่างค้านจากคลาสที่สองอาจถูกนำมาใช้ในรอบการฝึกอบรมต่อๆ ไปเพื่อปรับปรุงอัลกอริธึมให้ดียิ่งขึ้น

ภาพรวม

คำว่า การจำแนกประเภทแบบหนึ่งคลาส (OCC) ถูกบัญญัติโดย Moya & Hush (1996) [ 8 ]และมีการประยุกต์ใช้มากมายในเอกสารทางวิทยาศาสตร์เช่นการตรวจจับค่าผิดปกติ การตรวจจับความผิดปกติการตรวจจับสิ่งแปลกใหม่คุณลักษณะของ OCC คือการใช้จุดตัวอย่างจากคลาสที่กำหนดเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีการสุ่มตัวอย่างที่เป็นตัวแทนสำหรับคลาสที่ไม่ใช่เป้าหมายอย่างเคร่งครัด[ 9 ]

การแนะนำ

ทรงกลมหลายมิติที่บรรจุข้อมูลเป้าหมาย มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ c และรัศมี r วัตถุบนขอบเขตเป็นเวกเตอร์สนับสนุน และมีวัตถุสองชิ้นอยู่นอกขอบเขตซึ่งมีค่าความหย่อนมากกว่า 0

การจำแนกประเภทหนึ่งคลาส (OCC) ที่ใช้ SVM อาศัยการระบุไฮเปอร์สเฟียร์ที่เล็กที่สุด (รัศมี r และจุดศูนย์กลาง c) ที่ประกอบด้วยจุดข้อมูลทั้งหมด[ 10 ]วิธีนี้เรียกว่า Support Vector Data Description (SVDD) ในทางทฤษฎี ปัญหาสามารถกำหนดได้ในรูปแบบการเพิ่มประสิทธิภาพแบบมีข้อจำกัด ดังต่อไปนี้

อย่างไรก็ตาม สูตรข้างต้นมีข้อจำกัดมากและไวต่อค่าผิดปกติ ดังนั้นจึงได้กำหนดสูตรที่ยืดหยุ่นกว่าซึ่งยอมให้มีค่าผิดปกติได้ ดังแสดงด้านล่าง

จากเงื่อนไข Karush–Kuhn–Tuckerสำหรับความเหมาะสมที่สุด เราจะได้

โดยที่'s คือคำตอบของปัญหาการหาค่าเหมาะสมที่สุดดังต่อไปนี้:

ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ

การนำฟังก์ชันเคอร์เนลมาใช้ทำให้ อัลกอริทึม SVM แบบคลาสเดียว (OSVM) มีความยืดหยุ่นมากขึ้น [ 11 ]

การเรียนรู้แบบ PU (เชิงบวกที่ไม่มีป้ายกำกับ)

ปัญหาที่คล้ายกันคือการเรียนรู้ PUซึ่งตัวจำแนกไบนารีถูกสร้างขึ้นโดยการเรียนรู้แบบกึ่งกำกับดูแลจากจุดตัวอย่างที่เป็นบวกและไม่มีป้ายกำกับ เท่านั้น [ 12 ]

ในการเรียนรู้ PU นั้น ถือว่ามีชุดตัวอย่างสองชุดสำหรับการฝึกอบรม ได้แก่ ชุดบวกและชุดผสมซึ่งถือว่ามีทั้งตัวอย่างบวกและลบ แต่ไม่ได้ติดป้ายกำกับไว้ ซึ่งแตกต่างจากการเรียนรู้แบบกึ่งกำกับดูแลรูปแบบอื่นๆ ที่ถือว่ามีชุดที่มีป้ายกำกับซึ่งประกอบด้วยตัวอย่างของทั้งสองคลาส นอกเหนือจากตัวอย่างที่ไม่มีป้ายกำกับ มีเทคนิคต่างๆ มากมายในการปรับ ตัวจำแนกประเภทแบบ กำกับดูแลให้เข้ากับการตั้งค่าการเรียนรู้ PU รวมถึงอัลกอริธึม EM เวอร์ชันต่างๆ การเรียนรู้ PU ได้ถูกนำไปใช้กับข้อความ [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]อนุกรมเวลา[ 16 ]งานด้านชีวสารสนเทศ[ 17 ] [ 18 ]และข้อมูลการสำรวจระยะไกล[ 19 ] อย่างประสบความ สำเร็จ

แนวทาง

มีการเสนอแนวทางต่างๆ มากมายเพื่อแก้ปัญหาการจำแนกประเภทชั้นเดียว (OCC) แนวทางเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่การประมาณความหนาแน่นวิธีการกำหนดขอบเขตและวิธีการสร้างใหม่[ 6 ]

วิธีการประมาณความหนาแน่น

วิธี การประมาณความหนาแน่นอาศัยการประมาณความหนาแน่นของจุดข้อมูลและกำหนดค่าเกณฑ์ วิธีการเหล่านี้อาศัยการสมมติการกระจายตัว เช่น การกระจายแบบเกาส์เซียน หรือการกระจายแบบปัวซงจากนั้นจึงใช้การทดสอบความไม่สอดคล้องกันเพื่อทดสอบวัตถุใหม่ วิธีการเหล่านี้มีความทนทานต่อความแปรปรวนของขนาด

แบบจำลองเกาส์เซียน[ 20 ]เป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างตัวจำแนกคลาสเดียว เนื่องจากทฤษฎีบทขีดจำกัดกลาง (CLT) [ 21 ]วิธีเหล่านี้จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมีจำนวนตัวอย่างมาก และถูกรบกวนด้วยค่าข้อผิดพลาดอิสระขนาดเล็ก การกระจายความน่าจะเป็นสำหรับวัตถุ d มิติ กำหนดโดย:

Where, is the mean and is the covariance matrix. Computing the inverse of covariance matrix () is the costliest operation, and in the cases where the data is not scaled properly, or data has singular directions pseudo-inverse is used to approximate the inverse, and is calculated as .[22]

Boundary methods

Boundary methods focus on setting boundaries around a few set of points, called target points. These methods attempt to optimize the volume. Boundary methods rely on distances, and hence are not robust to scale variance. K-centers method, NN-d, and SVDD are some of the key examples.

K-centers

In K-center algorithm,[23] small balls with equal radius are placed to minimize the maximum distance of all minimum distances between training objects and the centers. Formally, the following error is minimized,

The algorithm uses forward search method with random initialization, where the radius is determined by the maximum distance of the object, any given ball should capture. After the centers are determined, for any given test object the distance can be calculated as,

Reconstruction methods

Reconstruction methods use prior knowledge and generating process to build a generating model that best fits the data. New objects can be described in terms of a state of the generating model. Some examples of reconstruction methods for OCC are, k-means clustering, learning vector quantization, self-organizing maps, etc.

Applications

Document classification

The basic Support Vector Machine (SVM) paradigm is trained using both positive and negative examples, however studies have shown there are many valid reasons for using only positive examples. When the SVM algorithm is modified to only use positive examples, the process is considered one-class classification. One situation where this type of classification might prove useful to the SVM paradigm is in trying to identify a web browser's sites of interest based only off of the user's browsing history.

Biomedical studies

การจำแนกประเภทแบบคลาสเดียวมีประโยชน์อย่างยิ่งในการศึกษาทางชีวการแพทย์ ซึ่งมักจะยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับข้อมูลจากคลาสอื่น ในการศึกษาข้อมูลทางชีวการแพทย์ อาจเป็นเรื่องยากและ/หรือมีค่าใช้จ่ายสูงที่จะได้รับชุดข้อมูลที่มีป้ายกำกับจากคลาสที่สองซึ่งจำเป็นสำหรับการจำแนกประเภทแบบสองคลาส การศึกษาจากวารสาร Scientific World Journal พบว่าแนวทางความปกติ (typicality approach) มีประโยชน์มากที่สุดในการวิเคราะห์ข้อมูลทางชีวการแพทย์ เนื่องจากสามารถนำไปใช้กับชุดข้อมูลประเภทใดก็ได้ (ต่อเนื่อง ไม่ต่อเนื่อง หรือระบุชื่อ) [ 24 ]แนวทางความปกติขึ้นอยู่กับการจัดกลุ่มข้อมูลโดยการตรวจสอบข้อมูลและจัดวางลงในกลุ่มใหม่หรือกลุ่มที่มีอยู่แล้ว[ 25 ]ในการนำความปกติไปใช้กับการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียวสำหรับการศึกษาทางชีวการแพทย์ การสังเกตใหม่แต่ละครั้งจะถูกเปรียบเทียบกับคลาสเป้าหมายและระบุว่าเป็นค่าผิดปกติหรือเป็นสมาชิกของคลาสเป้าหมาย[ 24 ]

การตรวจจับการเบี่ยงเบนแนวคิดโดยไม่ใช้การกำกับดูแล

การจำแนกประเภทแบบคลาสเดียวมีความคล้ายคลึงกับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแนวคิดแบบไม่ใช้การกำกับดูแล โดยทั้งสองวิธีมีเป้าหมายเพื่อระบุว่าข้อมูลที่ไม่เคยเห็นมาก่อนมีลักษณะคล้ายคลึงกับข้อมูลเริ่มต้นหรือไม่ แนวคิดหมายถึงการกระจายความน่าจะเป็นคงที่ซึ่งดึงข้อมูลมาจาก ในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแนวคิดแบบไม่ใช้การกำกับดูแล เป้าหมายคือการตรวจจับว่าการกระจายข้อมูลเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่โดยไม่ต้องใช้ป้ายกำกับคลาส ในการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียว การไหลของข้อมูลไม่สำคัญ ข้อมูลที่ไม่เคยเห็นมาก่อนจะถูกจัดประเภทเป็นข้อมูลทั่วไปหรือข้อมูลผิดปกติขึ้นอยู่กับลักษณะของข้อมูล ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลจากแนวคิดเริ่มต้นหรือไม่ก็ตาม อย่างไรก็ตาม การตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ใช้การกำกับดูแลจะตรวจสอบการไหลของข้อมูล และส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงหากมีการเปลี่ยนแปลงหรือความผิดปกติจำนวนมาก การตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแนวคิดแบบไม่ใช้การกำกับดูแลสามารถระบุได้ว่าเป็นรูปแบบต่อเนื่องของการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียว[ 26 ]ตัวจำแนกประเภทแบบคลาสเดียวใช้สำหรับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงแนวคิด[ 27 ]

ดูเพิ่มเติม

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=One-class_classification&oldid=1342706164#PU_(Positive_Unlabeled)_learning"

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การจำแนกประเภทชั้นเดียว

ใน การเรียนรู้ ของเครื่องการจำแนกประเภทแบบคลาสเดียว ( OCC ) หรือที่รู้จักกันในชื่อการจำแนกประเภทแบบเอกภาคหรือการสร้างแบบจำลองคลาสเป็นแนวทางในการฝึกตัวจำแนกแบบไบนารีโดยใช้เพียงตัวอย...

ภาพรวม

คำว่า การจำแนกประเภทแบบหนึ่งคลาส (OCC) ถูกบัญญัติโดย Moya & Hush (1996) [ 8 ] และมีการประยุกต์ใช้มากมายใน เอกสารทางวิทยาศาสตร์ เช่น การตรวจจับ ค่า ผิดปกติ การตรวจจับความผิดปกติ การ ตรวจจับสิ่งแปลกใหม่ คุณลักษณะของ OCC...

การแนะนำ

การจำแนกประเภทหนึ่งคลาส (OCC) ที่ใช้ SVM อาศัยการระบุไฮเปอร์สเฟียร์ที่เล็กที่สุด (รัศมี r และจุดศูนย์กลาง c) ที่ประกอบด้วยจุดข้อมูลทั้งหมด [ 10 ] วิธีนี้เรียกว่า Support Vector Data Description (SVDD) ในทางทฤษฎี ปัญหาสามารถกำหนดได้ในรูปแบบ...

การเรียนรู้แบบ PU (เชิงบวกที่ไม่มีป้ายกำกับ)

ปัญหาที่คล้ายกันคือ การเรียนรู้ PU ซึ่ง ตัวจำแนกไบนารี ถูกสร้างขึ้นโดย การเรียนรู้แบบกึ่งกำกับดูแล จากจุดตัวอย่าง ที่เป็นบวก และ ไม่มีป้ายกำกับ เท่านั้น [ 12 ]