39.区分不同数据的权重 翻译自 吴恩达新书-Machine Learning Yearning

平衡数据集的机器学习
本文探讨了在处理大规模不平衡数据集时,如何调整权重使机器学习算法在不同数据源上表现均衡。通过实例说明,当面对网络图片与手机上传图片40:1比例的数据时,如何设置权重以优化算法性能。

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假如从互联网上下载了200,000张图片,然后有获取了用户从手机APP上传的5,000张图片,这两种数据的比例是40:1。理论上,只要你训练最够大的神经网络,然后在205,000张图片上训练足够长的时间,这样就可以让你的算法,在网络图片和手机上传的图片上,都能有很好的识别效果。

但是在实践中,相对于手机上传的图片,网络图片要多出40倍,这意味着,相比用5,000图片训练模型,我们要多耗费40倍(或更多)的计算资源。如果你没有足够多的计算资源,则可以妥协以下,你可以给网络图片设置非常小的权重。

比如,假设你要优化的目标是平方误差(对于分类任务来说,这个不是很好的选择,但是它非常简单,且易于解释)。因此我们的学习算法会做出如下优化:
平方误差计算公式
公式中的第一项为5000张手机图片的损失和,第二项为网上200,000张图片的损失和。你可以通过额外的参数 ?来优化这个式子:
加入权重参数

如果 ?被设置成1/40,你的算法会给5,000张手机图片和200,000张网络图片相同的权重。你可以依据算法在开发测试集上的表现,将 ?设置成其他值。

通过让网络图片的权重降低,你不需要一个大型的网络,来让算法在两种数据类型上都表现很好。这种重新定义权重的方法,只有在额外添加的数据(网络图片)与开发/测试样本集数据分布存在很大差异时,或额外添加的数据比开发/测试集中的数据多很多的时候,才会用到。

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基于TROPOMI高光谱遥感仪器获取的大气成分观测资料,本研究聚焦于大气污染物一氧化氮(NO₂)的空间分布与浓度定量反演问题。NO₂作为影响空气质量的关键指标,其精确监测对环境保护与大气科学研究具有显著价值。当前,利用卫星遥感数据结合先进算法实现NO₂浓度的高精度反演已成为该领域的重要研究方向。 本研究构建了一套以深度学习为核心的技术框架,整合了来自TROPOMI仪器的光谱辐射信息、观测几何参数以及辅助气象数据,形成多维度特征数据集。该数据集充分融合了不同来源的观测信息,为深入解析大气中NO₂的时空变化规律提供了数据基础,有助于提升反演模型的准确性与环境预测的可靠性。 在模型架构方面,项目设计了一种多分支神经网络,用于分别处理光谱特征与气象特征等多模态数据。各分支通过独立学习提取代表性特征,并在深层网络中进行特征融合,从而综合利用不同数据的互补信息,显著提高了NO₂浓度反演的整体精度。这种多源信息融合策略有效增强了模型对复杂大气环境的表征能力。 研究过程涵盖了系统的数据处理流程。前期预处理包括辐射定标、噪声抑制及数据标准化等步骤,以保障输入特征的质量与一致性;后期处理则涉及模型输出的物理量转换与结果验证,确保反演结果符合实际大气浓度范围,提升数据的实用价值。 此外,本研究进一步对不同功能区域(如城市建成区、工业带、郊区及自然背景区)的NO₂浓度分布进行了对比分析,揭示了人类活动与污染物空间格局的关联性。相关结论可为区域环境规划、污染管控政策的制定提供科学依据,助力大气环境治理与公共健康保护。 综上所述,本研究通过融合TROPOMI高光谱数据与多模态特征深度学习技术,发展了一套高效、准确的大气NO₂浓度遥感反演方法,不仅提升了卫星大气监测的技术水平,也为环境管理与决策支持提供了重要的技术工具。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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