Semi-supervised Learning in Gigantic Image Collections

本文探讨了半监督学习在处理巨型图像集合时的效率问题,特别是构建Laplacian图并求其逆操作的耗时问题。提出通过在数据集的子集上构建较小图或采用混合模型等策略来优化过程。

1: 文章信息

Rob Fergus, Yair Weiss, Antonio Torralba: Semi-Supervised Learning in Gigantic Image Collections. NIPS 2009: 522-530


2: 解决的问题

传统的semi-supervised方法通常需要构建一个Laplacian graph,然后涉及到对此图所对应的Matrix进行求逆,而当数据点很庞大时,此操作非常耗时。有些方法采用的策略是在数据集的子集上构建一个较小图,或者采用混合模型。

半监督学习结合了少量有标签数据和大量无标签数据来进行模型训练,在预测变形关系方面可按以下方式进行: #### 数据准备 收集与变形关系相关的数据,将其分为有标签数据和无标签数据。有标签数据包含明确的变形关系信息,例如在材料科学中,有标签数据可能是已知材料在特定条件下的变形结果和对应条件;无标签数据则是缺乏明确变形关系标注的数据。 #### 选择半监督学习算法 - **自训练(Self - training)**:首先使用有标签数据训练一个初始模型,然后用该模型对无标签数据进行预测,将置信度高的预测结果作为伪标签添加到有标签数据集中,重新训练模型,不断迭代这个过程。例如在Python中可以使用Scikit - learn库结合自定义代码实现: ```python import numpy as np from sklearn.linear_model import LogisticRegression # 有标签数据 X_labeled = np.array([[1, 2], [2, 3], [3, 4]]) y_labeled = np.array([0, 1, 0]) # 无标签数据 X_unlabeled = np.array([[4, 5], [5, 6]]) # 初始模型训练 model = LogisticRegression() model.fit(X_labeled, y_labeled) # 自训练迭代 for _ in range(3): # 对无标签数据预测 probabilities = model.predict_proba(X_unlabeled) high_confidence_indices = np.max(probabilities, axis = 1) > 0.9 pseudo_labels = model.predict(X_unlabeled[high_confidence_indices]) # 添加伪标签到有标签数据 X_labeled = np.vstack((X_labeled, X_unlabeled[high_confidence_indices])) y_labeled = np.hstack((y_labeled, pseudo_labels)) # 重新训练模型 model.fit(X_labeled, y_labeled) ``` - **标签传播(Label Propagation)**:该算法基于图的思想,将数据点视为图中的节点,节点之间的边表示数据点之间的相似度。标签从有标签节点传播到无标签节点。在Scikit - learn中可以直接使用`LabelPropagation`类: ```python from sklearn.semi_supervised import LabelPropagation import numpy as np # 有标签数据 X_labeled = np.array([[1, 2], [2, 3], [3, 4]]) y_labeled = np.array([0, 1, 0]) # 无标签数据 X_unlabeled = np.array([[4, 5], [5, 6]]) y_unlabeled = np.full(len(X_unlabeled), -1) # 合并数据 X = np.vstack((X_labeled, X_unlabeled)) y = np.hstack((y_labeled, y_unlabeled)) # 标签传播模型训练 label_propagation = LabelPropagation() label_propagation.fit(X, y) # 预测变形关系 predictions = label_propagation.predict(X_unlabeled) ``` #### 模型评估与优化 使用交叉验证等方法对训练好的模型进行评估,根据评估结果调整模型的参数,如自训练中的置信度阈值、标签传播中的相似度度量方法等,以提高模型预测变形关系的准确性。 #### 预测变形关系 使用优化后的模型对新的数据进行预测,得到变形关系的预测结果。
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