PN学习

申明：以下文字为笔者阅读了计算机视觉国际会议论文之后翻译所得，其中个别部分加入了笔者自己的理解，但绝大部分都尊重了作者的原意。鉴于本人水平有限，个别地方可能存在误差，希望各位能够谅解！另外，如果您需要更详细的了解PN学习的原理、用法及应用举例，请参考原文：PN-learning:Bootstrapping Binary Classifiers by Structural Constraints, Zdenek Kalal,CVPR2010

PN学习（PN learning）是一种利用带标签的样本（一般用于分类器训练，以下均称之为测试样本）和不带标签的样本（一般用于分类器测试，以下均称之为测试样本）之间存在的结构性特征（见下面的解释）来逐步（学习）训练两类分类器并改善分类器分类性能的方法。 

正约束(Positive constraint)和负约束(negative constraint)用来限制测试样本的标签赋值过程，而PN学习正是受正负约束所操控的。PN学习对分类器在测试样本上的分类结果进行评估，找到那些分类结果与约束条件相矛盾的样本，重新调整训练集，并进行重复迭代训练，直到某个条件满足，才停止分类器训练过程。在目标跟踪过程中，由于被跟踪目标的形状、姿态等容易发生变化，造成目标跟丢的情况时有发生，所以，在这种情况下，对被跟踪目标的在线学习和检测是个很好的策略。而PN学习正好可以在此处大显身手。

很多学习算法都假设测试样本是彼此独立的，然而，在计算机视觉的应用中，有些测试样本的标签却存在彼此依赖的关系。标签之间存在的这种依赖关系，我们称之为结构性的。例如，在目标检测过程中，我们的任务是对图片中目标可能存在的所有区域赋予标签，即：该区域属于前景或者背景，而这里的标签仅能是前景或背景两者之一。再比如，在利用视频序列进行目标跟踪过程中，紧邻被跟踪目标运动轨迹线的区域，可以认为是前景标签，而远离轨迹线的区域，可以认为是背景标签。而前面提到的正约束则表示所有可能的标签为正的模式，例如，此处的紧邻轨迹线的区域；负约束表示所有可能的标签为负的模式。

通过以上的分析，不难发现，PN学习可以定义为一下的过程：

（1）准备一个数量较少的训练样本集合和一个数量很大的测试样本集合。

（2）利用训练样本训练一个初始分类器。同时，利用训练样本对(先验)约束条件进行相应的调整。

（3）利用分类器对测试样本赋予标签，并找出分类器赋予的标签同约束条件相矛盾的那些样本；

（4）将上述相矛盾的样本重新赋予标签，将其加入训练样本，重新训练分类器；

反复迭代上述过程，直到满足某个约束条件。