半监督学习(semi-supervised learning)

# 半监督学习(semi-supervised learning)


1 introduction

  • why semi-supervised learning?

    收集数据很贵,收集有标签的数据更贵!

  • superviesd: D={(xi,yi)}Ni=1
  • semi-supervised: D={(xi,yi)}Mi=1{xu}Nj=M+1 ,通常N M
    • 转导推理——Transductive Learning:无标签数据就是测试数据
    • 归纳学习——Inductive Learning:无标签数据不是测试数据

2 Generative model

  • initialzation: θ={P(C1),P(C2),μ1,μ2,}

    • step 1:计算无标签数据的后验概率 Pθ(C1|xu)
    • step 2:更新模型

      P(C1)=N1+xuP(C1|xu)N N1 是属于第一类的实例的个数, μ1=1N1xiC1xi+1xuP(C1|xu)xuP(C1|xu)xu

    • 回到step 1

  • maximum likelihood with labelled data:

    • logL(θ)=xilogPθ(xi,yi)
    • Pθ(xi,yi)=Pθ(xi|yi)P(yi)
  • maximum likelihood with labelled + unlabelled data:
    • logL(θ)=xilogPθ(xi)+xulogPθ(xu)
    • Pθ(xu)=Pθ(xu|C1)P(C1)+Pθ(xu|C2)P(C2)

3 Assumption

  • Low-density Separation:分离超平面处数据密度小

    • Self-training:1、从有标签数据中学习一个模型 f ;2、应用 f 在无标签数据上得到标签(Pseudo-label);3、从原先无标签数据中取出一些数据加入有标签数据集;4、重复之前的步骤
    • Hard label v.s. soft label: [0.7,0.3]T[1,0]Tor[0.7,0.3]T ,soft label没有用!hard label就是用了low-density seperation的假设。
    • Entropy-based Regularization:计算分布的熵来表示分布的集中还是分散, E(yu)=m=1Mymuln(ymu) ,熵越小越集中,越大越分散。
    • L=xiC(yi,ŷ i)+λxuE(yu)
    • semi-supervised SVM:穷举所有可能的无标签数据
  • Smoothness Assumption:特征接近的数据(在高密度区域若两个数据接近),那么它们有相同的标签

    • Cluster label
    • Graph-based Approach:1、定义 similarity,例如 s(xi,xj)=exp(γ||xixj||2) ;2、添加边:例如KNN/e-neighborhood
    • 定义图的smoothness: S=12i,jwi,j(yiyj)2=yTLy y=[,yi,yj,]T
      LNNL=D(W)W 矩阵,
    • L=xiC(yi,ŷ i)+λS

4 Better Representation

  • 找到观察到的事物背后的latent factors(潜在因子),这些东西之后才是better representation
  • 待续……

### 回答1: Temporal Ensembling是一种半监督学习方法,它使用了时间上的一致性来提高模型的性能。该方法通过对未标记数据进行预测,并将预测结果与之前的预测结果进行平均,从而获得更加稳定和准确的预测结果。同时,该方法还使用了一个噪声注入技术来增加模型的鲁棒性。该方法已经在图像分类、语音识别等领域取得了很好的效果。 ### 回答2: Temporal Ensembling是一种半监督学习方法。它主要通过使用同一批数据的多个副本,在单批数据上进行迭代学习来提高预测模型的准确性。这种方法能够很好地利用已有数据中的潜在信息,同时也能避免因缺乏大量标注数据而损失准确性的问题。 Temporal Ensembling的核心思想是使用模型的历史预测结果来生成新的虚拟标签。在训练期间,模型不断地更新,同时不断生成新的“标注”,并将这些新的“标注”与原始标注数据一起训练。这样,模型可以从大量带有“标注”的数据中学习并逐渐提高其准确性。 Temporal Ensembling方法在许多学习任务中都展现出优良的性能,比如图像分类、物体识别、图像分割、语音识别等。其中,与其他半监督学习方法相比,Temporal Ensembling在半监督图像分类中的性能最为出色。 尽管Temporal Ensembling的性能非常出色,但是其中的一些问题仍需要决。 首先,这种方法需要大量的GPU计算力和存储空间,并且需要复杂的算法设计。其次,由于该方法是基于生成虚拟标签的,因此,如果模型在未来预测错误而不正确地生成了虚拟标签,那么可能会产生负面影响。 总之,Temporal Ensembling是一种有效的半监督学习方法,其取得的结果显示出高水平的准确性。与其他方法相比,Temporal Ensembling具有更好的稳健性及效能。也因此,它在深度学习领域中被广泛应用。 ### 回答3: Temporal Ensembling是一种半监督学习技术,可以用于训练深度神经网络。该技术旨在利用未标记的数据来改善模型的泛化能力。在传统的监督学习中,我们需要分类器预测每个样本的标签,并将其与真实标签进行比较以计算损失函数。然而,在许多现实世界的场景中,标记数据的数量通常是有限的,这使得监督学习变得更加困难和昂贵。相反,在半监督学习中,我们将未标记的数据与标记数据结合在一起进行训练。 Temporal Ensembling的实现是基于一个假设,即相似的输入应该具有相似的潜在表示形式。具体来说,该技术通过在连续训练周期中收集了单次训练中的模型预测,通过将这些预测结果整合成一个移动平均版本来构建模型共识。这可以看作是把模型的预测提供给下一个周期的训练,让模型逐渐整合起来,在连续的训练周期中收集了对训练数据更准确的表示。在训练过程中,我们不仅使用真实标签来计算损失函数,还将平均预测意味着的交叉熵添加到损失函数中。这使得模型学习时能够尽可能地匹配模型共识中的数据。 虽然在许多情况下,半监督学习可以增加模型学习任务的效果,但它依赖于许多因素,包括未标记样本的数量、分布和标记样本之间的相似性。使用Temporal Ensembling时,需要做好降噪处理,适当选择数据能够真正提高该技术效果。此外,需要注意的是,Temporal Ensembling只能在没有过度拟合数据集时才能有效,因为此技术基于模型共识构建。在实际应用中,可以将Temporal Ensembling与其他半监督学习技术结合使用,以提高模型性能。
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