数据增强(data augmentation)

数据增强 data augmentation

目的:

  1. 避免过拟合 当数据集具有某种明显特征时 例如实在同一个场景里面拍摄的 使用Cutout等方法可以避免模型学到跟目标无关的信息

  2. 提升模型鲁棒性

  3. 增加训练数据,提高模型泛化能力

  4. 避免样本不均衡

常用的方法:

几何变换——翻转,旋转,裁剪,缩放,平移,抖动。

像素变换——加噪声,进行高斯模糊,调整HSV对比度,调节亮度,饱和度等等

具体方法:

Mixup Cutmix:可用于分类任务

补充知识:one-hot编码 独热编码 一位有效编码 词袋模型

举例说明:

image-20231118230925676.png

优点:便于处理离散数据

可以进行扩充特征

缺点🍶 词袋模型并不考虑词与词的顺序🇼🇫

特征是离散稀疏的

Mixup: 为了解决经验风险最小化 ERM 强行记住训练数据

https://arxiv.org/abs/1710.09412,提出了mixup

Cutout

image-20231118233712247.png

在ResNet的基础上 意思是CutMix的效果最好

image-20231118233738805.png

接着讲回数据增强

还有一种增强方法是GridMask

还有一些网络中的增强 例如DropOut DropConnect等

文本有关的数据增强

EDA简单且有效 包括随机替换,随机插入,随机交换,随机删除

AEDA 在句子中间添加标点符号一次来增强数据

Back Translation 回译 先翻译成其他语言 在翻译回来

MLM 掩码语言模型 利用与训练好的BERT Roberta 对句子进行部分掩码,然后让模型预测掩码部分

总结:

data augmentation 多为对原始数据的简单变换,包括旋转 翻转 向量加在一块 随机的替换或者遮挡,用于生成更多数据,增强模型精确率。

<think>好的,我需要帮用户寻找关于压力传感器数据的数据增强方法或技术。首先,我需要理解用户的需求。他们可能是在处理压力传感器数据时,数据量不足,想要通过数据增强来扩充数据集,提高模型的泛化能力。接下来,我需要回想常见的数据增强技术,并考虑哪些适用于时间序列或传感器数据。 压力传感器数据通常是时间序列,所以常见的数据增强方法可能包括添加噪声、时间扭曲、缩放、窗口切片等。此外,可能还有一些针对传感器特性的方法,比如模拟不同环境条件的影响。我需要确保提到的每种方法都有实际应用,并且适合压力传感器数据。 然后,我需要查阅相关的文献或资料,看看有没有专门针对压力传感器数据增强的研究。例如,引用[4]提到呼吸声信号的特征,可能涉及传感器数据处理,但不确定是否直接相关。不过,可能可以借鉴其中的频域处理方法,比如时频变换增强。 接下来,我需要组织这些方法,分点说明,确保结构清晰。每种方法需要简要说明原理和实现方式,可能还需要提到注意事项,比如噪声类型和幅度的选择,避免破坏原始数据特征。 同时,用户可能需要知道如何选择合适的方法,所以可以补充选择方法的考虑因素,比如数据特性、任务需求和计算资源。最后,生成相关问题,帮助用户进一步探索,比如特定场景的应用、与其他技术的结合,以及评估方法。 需要确保回答中使用正确的中文术语,LaTeX格式的数学表达式符合要求,比如时间序列的公式用$...$,独立公式用$$...$$。检查是否有引用需要标注,比如引用[4]中提到的频域处理可能可以作为参考,但需要确认是否相关。如果没有直接引用,可能不需要添加引用标识。 总结步骤: 1. 列举常见的时间序列数据增强方法。 2. 筛选适合压力传感器数据的方法。 3. 结合文献或示例说明每种方法。 4. 组织成结构清晰的回答,分点说明。 5. 添加选择方法的考虑因素。 6. 生成相关问题。</think>关于压力传感器数据增强技术,以下是常用的预处理方法及其原理: ### 一、基础数据增强方法 1. **噪声注入** - 添加高斯白噪声:$x'(t) = x(t) + \epsilon \cdot N(0,1)$,其中$\epsilon$控制噪声强度[^4] - 脉冲噪声模拟:随机插入尖峰信号模拟传感器瞬时干扰 ```python def add_noise(signal, noise_level=0.05): noise = np.random.normal(0, noise_level, len(signal)) return signal + noise ``` 2. **时间序列变换** - 时间扭曲:通过插值实现非均匀时间拉伸/压缩 - 窗口切片:随机截取子序列并重采样至原始长度 ### 二、基于物理特性的增强 1. **环境模拟增强** - 温度补偿:根据$ΔR/R = k·ΔT$公式添加温度漂移效应 - 压力梯度模拟:通过线性插值生成不同加载速率的数据 2. **传感器响应模拟** - 滞后效应建模:使用差分方程$y(t) = αx(t) + (1-α)y(t-1)$模拟传感器动态响应 - 频率响应调整:在频域应用滤波器,如加强$50-1000Hz$频段[^4] ### 三、高级增强技术 1. **生成对抗网络(GAN)** - 使用LSTM-GAN生成符合物理规律的虚拟压力波形: $$ \min_G \max_D V(D,G) = \mathbb{E}_{x∼p_{data}}[\log D(x)] + \mathbb{E}_{z∼p_z}[\log(1-D(G(z)))] $$ 2. **混合样本增强** - 创建线性组合:$x_{new} = λx_i + (1-λ)x_j$, $0<λ<1$ - 适用于多传感器融合场景 ### 四、方法选择建议 | 数据特征 | 推荐方法 | |----------------|--------------------------| | 小样本数据 | GAN增强、动态时间规整 | | 高频噪声环境 | 带通滤波+噪声注入 | | 多工况场景 | 物理建模+参数化合成 |
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