机器学习-类别不平衡-上下采样(Upsampling and Downsampling)

本文介绍了处理类别不平衡问题的上下采样技术。常见于如垃圾邮件过滤、欺诈检测和疾病筛查等实际场景的数据集中。scikit-learn库提供通过设置`class_weight='balanced'`来调整模型对少数类预测的权重。文章包含代码实现和分析。
Section I: Brief Introduction on Upsampling/Downsampling

Class imbalance is a quite common problem when working with real-world data-samples from one class or multiple classes are over-represented in a dataset. Intuitively, we can think of several domains where this may occur, such as spam filtering, fraud detection, or screening for diseases.

Here, be warned that one way to deal with imbalanced class proportions during model fitting is a assign a larger penalty to wrong predictions on the minority class . Via scikit-learn, adjusting such a penalty is as convenient as setting the class_weight parameter to class_weight=“balanced”, which is implemented for most classifiers.

FROM
Sebastian Raschka, Vahid Mirjalili. Python机器学习第二版. 南京:东南大学出版社,2018.

Section II: Code and Analyses

第一部分:代码

from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
import numpy as np
from sklearn.utils import resample
import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")

#Section 1: Load Breast data, i.e., Benign 
### 机器视觉中上采样和下采样的作用 #### 上采样 (Upsampling) 在机器视觉领域,上采样指的是增加图像的空间尺寸的过程。这一过程通常用于将低分辨率的特征图转换成高分辨率的表示形式,以便更好地捕捉细节信息并恢复原始输入图像的质量[^1]。 通过上采样操作,网络能够生成更精细的目标边界以及纹理信息,这对于诸如语义分割、超分辨率重建等任务至关重要。具体实现方式包括但限于最近邻插值法、双线性插值法及转置卷积(反卷积)。这些技术能够在保持原有结构特性的基础上有效地扩大图片规模[^3]。 ```python import cv2 # 使用OpenCV库进行简单的双线性插值上采样 image = cv2.imread('input_image.jpg') resized_image = cv2.resize(image, None, fx=2, fy=2, interpolation=cv2.INTER_LINEAR) cv2.imwrite('upsampled_image.png', resized_image) ``` #### 下采样 (Downsampling) 相比之下,下采样则是指减小图像空间维度的操作,在神经网络架构设计里经常用来降低计算成本或是提取高层次抽象特征。例如,在卷积神经网络(CNNs)中,池化层就是一种典型的下采样手段;它仅减少了参数数目还增强了模型对于平移变性的鲁棒性[^5]。 当面对平衡的数据分布情况时,“下采样”也可以理解为减少某些特定类别实例数量的行为,以此来缓解因样本均衡而导致的学习偏差问题。然而需要注意的是,这种做法可能会造成有用信息的部分损失,因此需谨慎对待。
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