semi-supervised learning

本文介绍了半监督学习的基本概念和主要方法,包括一致性正则化的各种技术,如Ladder Networks、π model、Temporal Ensembling和Mean Teachers。此外,还讨论了Virtual Adversarial Training、Unsupervised Data Augmentation以及混合方法MixMatch和FixMatch。这些方法通过结合有标签和无标签数据,提升模型的预测能力。

半监督学习[1]

当根据手头仅有的标注数据,会将一些虽然没有标注但可被观测到的数据进行一些合理的推测,其中推测主要基于两个假设:

  • 聚类假设cluster assumption:假设数据间具有相同的聚类结构,同一类数据会落入同一个聚类类别内。
  • 流形假设manifold assumption:假设数据分布在一个流形上,相近的样本具有相似的预测结果。

主要方式:

  • 生成式方法(generative methods): self-training
  • 基于图的方法(graph-based methods):标签传播法(Label Propagation Algorithm)
  • 低密度分割法(low-density separation methods):强制分类边界穿过输入空间的低密度区域,如S3VMs
  • 基于分歧的方法(disagreement methods):其实也是自训练的一种,算法会生成多个学习器,并让它们合作来挖掘未标注数据,其中不同学习器之间的分歧是让学习过程持续进行的关键,如联合训练(co-training)

主要架构:

  • 无监督预训练,先用未标注数据预训练模型后,再用标注数据进行微调
  • 伪有监督训练,先从有标签数据中获得特征,再利用这些特征对无标签数据进行分类,选出分类正确对数据加入训练,往复循环。这个过程可能会加入一定对无标签噪声干扰网络训练。

一致性正则化

Consistency Regularization 的主要思想是:对于一个输入,即使受到微小干扰,其预测都应该是一致的。[2]

Ladder Networks For Semi-Sup

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。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值