ClassificationECOC

Модель Multiclass для машин опорных векторов (SVMs) и других классификаторов

Описание

ClassificationECOC классификатор выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) для изучения мультикласса, где классификатор состоит из нескольких бинарных учеников, таких как машины опорных векторов (SVMs). Обученный ClassificationECOC классификаторы хранят обучающие данные, значения параметров, априорные вероятности и матрицы кодирования. Используйте эти классификаторы, чтобы выполнить задачи, такие как предсказание меток или апостериорных вероятностей для новых данных (см. predict).

Создание

Создайте ClassificationECOC объект при помощи fitcecoc.

Если вы задаете линейный или двоичные ученики ядра, не задавая опции перекрестной проверки, то fitcecoc возвращает CompactClassificationECOC объект вместо этого.

Свойства

развернуть все

После того, как вы создаете ClassificationECOC объект модели, можно использовать запись через точку, чтобы получить доступ к ее свойствам. Для примера смотрите, Обучают Модель Мультикласса Используя Учеников SVM.

Свойства ECOC

`BinaryLearners` — Обученные бинарные ученики
вектор ячейки объектов модели

Обученные бинарные ученики в виде вектора ячейки объектов модели. Количество бинарных учеников зависит от количества классов в Y и проект кодирования.

Программное обеспечение обучает BinaryLearner{j} согласно бинарной проблеме, заданной CodingMatrix(:,j). Например, для изучения мультикласса с помощью учеников SVM, каждого элемента BinaryLearners CompactClassificationSVM классификатор.

Типы данных: cell

`BinaryLoss` — Бинарная функция потерь ученика
`'binodeviance'` | `'exponential'` | `'hamming'` | `'hinge'` | `'linear'` | `'logit'` | `'quadratic'`

Бинарная функция потерь ученика в виде вектора символов, представляющего имя функции потерь.

Если вы обучаете использующих бинарных учеников, которые используют различные функции потерь, то программное обеспечение устанавливает BinaryLoss к 'hamming'. Чтобы потенциально увеличить точность, задайте бинарную функцию потерь кроме значения по умолчанию во время предсказания или расчета потерь при помощи 'BinaryLoss' аргумент пары "имя-значение" predict или loss.

Типы данных: char

`BinaryY` — Бинарные метки класса ученика
числовая матрица

Бинарный класс ученика помечает в виде числовой матрицы. BinaryY NumObservations- L матрица, где L является количеством бинарных учеников (length(Mdl.BinaryLearners)).

Элементы BinaryY –1, 0, или 1, и значение соответствует дихотомическому присвоению класса. Эта таблица описывает как ученик j наблюдение присвоений k к дихотомическому классу, соответствующему значению BinaryY(k,j).

Значение	Дихотомическое присвоение класса
–1	Ученик `j` наблюдение присвоений `k` к отрицательному классу.
0	Перед обучением, ученик `j` удаляет наблюдение `k` от набора данных.
1	Ученик `j` наблюдение присвоений `k` к положительному классу.

Типы данных: double

`BinEdges` — Границы интервала для числовых предикторов
массив ячеек числовых векторов | `[]`

Границы интервала для числовых предикторов в виде массива ячеек p числовые векторы, где p является количеством предикторов. Каждый вектор включает границы интервала для числового предиктора. Элемент в массиве ячеек для категориального предиктора пуст, потому что программное обеспечение не делает интервала категориальные предикторы.

Числовые предикторы интервалов программного обеспечения, только если вы задаете 'NumBins' аргумент пары "имя-значение" как положительный целочисленный скаляр, когда обучение модель с древовидными учениками. BinEdges свойство пусто если 'NumBins' значение пусто (значение по умолчанию).

Можно воспроизвести сгруппированные данные о предикторе Xbinned при помощи BinEdges свойство обученной модели mdl.

X = mdl.X; % Predictor data
Xbinned = zeros(size(X));
edges = mdl.BinEdges;
% Find indices of binned predictors.
idxNumeric = find(~cellfun(@isempty,edges));
if iscolumn(idxNumeric)
    idxNumeric = idxNumeric';
end
for j = idxNumeric 
    x = X(:,j);
    % Convert x to array if x is a table.
    if istable(x) 
        x = table2array(x);
    end
    % Group x into bins by using the discretize function.
    xbinned = discretize(x,[-inf; edges{j}; inf]); 
    Xbinned(:,j) = xbinned;
end

Xbinned содержит индексы интервала, в пределах от 1 к количеству интервалов, для числовых предикторов. Xbinned значения 0 для категориальных предикторов. Если X содержит NaNs, затем соответствующий Xbinned значениями является NaNs.

Типы данных: cell

`CodingMatrix` — Коды присвоения класса
числовая матрица

Коды присвоения класса для бинарных учеников в виде числовой матрицы. CodingMatrix K-by-L матрица, где K является количеством классов, и L является количеством бинарных учеников.

Элементы CodingMatrix –1, 0, или 1, и значения соответствуют дихотомическим присвоениям класса. Эта таблица описывает как ученик j наблюдения присвоений в классе i к дихотомическому классу, соответствующему значению CodingMatrix(i,j).

Значение	Дихотомическое присвоение класса
–1	Ученик `j` наблюдения присвоений в классе `i` к отрицательному классу.
0	Перед обучением, ученик `j` удаляет наблюдения в классе `i` от набора данных.
1	Ученик `j` наблюдения присвоений в классе `i` к положительному классу.

Типы данных: double | single | int8 | int16 | int32 | int64

`CodingName` — Кодирование имени проекта
символьный вектор

Кодирование проекта называет в виде вектора символов. Для получения дополнительной информации см. Проект Кодирования.

Типы данных: char

`LearnerWeights` — Бинарные веса ученика
числовой вектор-строка

Бинарные веса ученика в виде числового вектора-строки. Длина LeanerWeights равно количеству бинарных учеников (length(Mdl.BinaryLearners)).

LearnerWeights(j) сумма весов наблюдения тот бинарный ученик j использование, чтобы обучить его классификатор.

Программное обеспечение использует LearnerWeights соответствовать апостериорным вероятностям путем минимизации расхождения Kullback-Leibler. Программное обеспечение игнорирует LearnerWeights когда это использует метод квадратичного программирования оценки апостериорных вероятностей.

Типы данных: double | single

Другие свойства классификации

`CategoricalPredictors` — Категориальные индексы предиктора
вектор положительных целых чисел | `[]`

Категориальные индексы предиктора в виде вектора положительных целых чисел. CategoricalPredictors содержит значения индекса, соответствующие столбцам данных о предикторе, которые содержат категориальные предикторы. Если ни один из предикторов не является категориальным, то это свойство пусто ([]).

Типы данных: single | double

`ClassNames` — Уникальные метки класса
категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

Уникальные метки класса, используемые в обучении в виде категориального или символьного массива, логического или числового вектора или массива ячеек из символьных векторов. ClassNames имеет совпадающий тип данных, когда класс маркирует Y. (Программное обеспечение обрабатывает строковые массивы как массивы ячеек из символьных векторов.) ClassNames также определяет порядок класса.

`Cost` — Затраты Misclassification
квадратная числовая матрица

Это свойство доступно только для чтения.

Misclassification стоит в виде квадратной числовой матрицы. Cost имеет строки и столбцы K, где K является количеством классов.

Cost(i,j) стоимость классификации точки в класс j если его истинным классом является i. Порядок строк и столбцов Cost соответствует порядку классов в ClassNames.

fitcecoc включает затраты misclassification по-другому среди различных типов бинарных учеников.

Типы данных: double

`ExpandedPredictorNames` — Расширенные имена предиктора
массив ячеек из символьных векторов

Расширенный предиктор называет в виде массива ячеек из символьных векторов.

Если кодирование использования модели для категориальных переменных, то ExpandedPredictorNames включает имена, которые описывают расширенные переменные. В противном случае, ExpandedPredictorNames совпадает с PredictorNames.

Типы данных: cell

`ModelParameters` — Значения параметров
объект

Значения параметров, такие как значения аргумента пары "имя-значение", используемые, чтобы обучить классификатор ECOC в виде объекта. ModelParameters не содержит оцененные параметры.

Доступ к свойствам ModelParameters использование записи через точку. Например, перечислите шаблоны, содержащие параметры бинарных учеников при помощи Mdl.ModelParameters.BinaryLearner.

`NumObservations` — Количество наблюдений
положительный числовой скаляр

Количество наблюдений в обучающих данных в виде положительного числового скаляра.

Типы данных: double

`PredictorNames` — Имена предиктора
массив ячеек из символьных векторов

Предиктор называет в порядке их внешнего вида в данных о предикторе XВ виде массива ячеек из символьных векторов. Длина PredictorNames равно количеству столбцов в X.

Типы данных: cell

`Prior` — Предшествующие вероятности класса
числовой вектор

Это свойство доступно только для чтения.

Предшествующие вероятности класса в виде числового вектора. Prior имеет столько же элементов сколько количество классов в ClassNames, и порядок элементов соответствует порядку классов в ClassNames.

fitcecoc включает затраты misclassification по-другому среди различных типов бинарных учеников.

Типы данных: double

`ResponseName` — Имя переменной отклика
символьный вектор

Имя переменной отклика в виде вектора символов.

Типы данных: char

`RowsUsed` — Строки используются в подборе кривой
`[]` (значение по умолчанию) | логический вектор

Строки исходных данных X используемый в подборе кривой ClassificationECOC модель в виде логического вектора. Это свойство пусто, если все строки используются.

Типы данных: логический

`ScoreTransform` — Выиграйте функцию преобразования, чтобы примениться к предсказанным баллам
`'doublelogit'` | `'invlogit'` | `'ismax'` | `'logit'` | `'none'` | указатель на функцию |...

Выиграйте функцию преобразования, чтобы примениться к предсказанным баллам в виде имени функции или указателя на функцию.

Чтобы изменить преобразование счета функционируют к function, например, используйте запись через точку.

Для встроенной функции введите этот код и замените function со значением в таблице.

Mdl.ScoreTransform = 'function';

Значение	Описание
`'doublelogit'`	1/(1 + e ^–2x)
`'invlogit'`	журнал (x / (1 – x))
`'ismax'`	Устанавливает счет к классу с самым большим счетом к 1 и устанавливает музыку ко всем другим классам к 0
`'logit'`	1/(1 + e ^–x)
`'none'` или `'identity'`	x (никакое преобразование)
`'sign'`	– 1 для x <0 0 для x = 0 1 для x> 0
`'symmetric'`	2x – 1
`'symmetricismax'`	Устанавливает счет к классу с самым большим счетом к 1 и устанавливает музыку ко всем другим классам к –1
`'symmetriclogit'`	2/(1 + e ^–x) – 1

Для функции MATLAB^® или функции, которую вы задаете, введите ее указатель на функцию.
```
Mdl.ScoreTransform = @function;
```
function должен принять матрицу (исходные баллы) и возвратить матрицу, одного размера (преобразованные баллы).

Типы данных: char | function_handle

`W` — Веса наблюдения
числовой вектор

Веса наблюдения раньше обучали классификатор ECOC в виде числового вектора. W имеет NumObservations элементы.

Программное обеспечение нормирует веса, используемые в обучении так, чтобы nansum(W) 1.

Типы данных: single | double

`X` — Нестандартизированные данные о предикторе
числовая матрица | таблица

Нестандартизированные данные о предикторе раньше обучали классификатор ECOC в виде числовой матрицы или таблицы.

Каждая строка X соответствует одному наблюдению, и каждый столбец соответствует одной переменной.

Типы данных: single | double | table

`Y` — Наблюдаемые метки класса
категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

Наблюдаемые метки класса раньше обучали классификатор ECOC в виде категориального или символьного массива, логического или числового вектора или массива ячеек из символьных векторов. Y имеет NumObservations элементы и имеют совпадающий тип данных как входной параметр Y из fitcecoc. (Программное обеспечение обрабатывает строковые массивы как массивы ячеек из символьных векторов.)

Каждая строка Y представляет наблюдаемую классификацию соответствующей строки X.

Свойства гипероптимизации параметров управления

`HyperparameterOptimizationResults` — Описание оптимизации перекрестной проверки гиперпараметров
`BayesianOptimization` возразите | таблица

Описание оптимизации перекрестной проверки гиперпараметров в виде BayesianOptimization возразите или таблица гиперпараметров и присваиваемых значений. Это свойство непусто если 'OptimizeHyperparameters' аргумент пары "имя-значение" непуст, когда вы создаете модель. Значение HyperparameterOptimizationResults зависит от установки Optimizer поле в HyperparameterOptimizationOptions структура, когда вы создаете модель, как описано в этой таблице.

Значение `Optimizer` Поле	Значение `HyperparameterOptimizationResults`
`'bayesopt'` (значение по умолчанию)	Объект класса `BayesianOptimization`
`'gridsearch'` или `'randomsearch'`	Таблица гиперпараметров используемые, наблюдаемые значения целевой функции (потеря перекрестной проверки), и ранг наблюдений от самого низкого (лучше всего) к (худшему) самому высокому

Функции объекта

`compareHoldout`	Сравните точность двух моделей классификации с помощью новых данных
`compact`	Уменьшайте размер модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`crossval`	Перекрестный подтвердите модель выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`discardSupportVectors`	Отбросьте векторы поддержки линейных бинарных учеников SVM в модели ECOC
`edge`	Ребро классификации для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`loss`	Потеря классификации для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`margin`	Поля классификации для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`predict`	Классифицируйте наблюдения с помощью модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`resubEdge`	Ребро классификации перезамены для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`resubLoss`	Потеря классификации перезамены для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`resubMargin`	Поля классификации перезамены для модели выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса
`resubPredict`	Классифицируйте наблюдения на модель выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса

Примеры

свернуть все

Обучите модель мультикласса Используя учеников SVM

Скрипт Open Live Script

Обучите модель выходных кодов с коррекцией ошибок (ECOC) мультикласса использование двоичных учеников машины опорных векторов (SVM).

Загрузите ирисовый набор данных Фишера. Задайте данные о предикторе X и данные об ответе Y.

load fisheriris
X = meas;
Y = species;

Обучите мультикласс модель ECOC с помощью опций по умолчанию.

Mdl = fitcecoc(X,Y)

Mdl = 
  ClassificationECOC
             ResponseName: 'Y'
    CategoricalPredictors: []
               ClassNames: {'setosa'  'versicolor'  'virginica'}
           ScoreTransform: 'none'
           BinaryLearners: {3x1 cell}
               CodingName: 'onevsone'


  Properties, Methods

Mdl ClassificationECOC модель. По умолчанию, fitcecoc использование двоичные ученики SVM и один по сравнению с один кодирующий проект. Можно получить доступ к Mdl свойства с помощью записи через точку.

Отобразите имена классов и матрицу проекта кодирования.

Mdl.ClassNames

ans = 3x1 cell
    {'setosa'    }
    {'versicolor'}
    {'virginica' }

CodingMat = Mdl.CodingMatrix

CodingMat = 3×3

     1     1     0
    -1     0     1
     0    -1    -1

Один по сравнению с один кодирующий проект для трех классов дает к трем бинарным ученикам. Столбцы CodingMat соответствуйте ученикам, и строки соответствуют классам. Порядок класса совпадает с порядком в Mdl.ClassNames. Например, CodingMat(:,1) [1; –1; 0] и указывает, что программное обеспечение обучает первого бинарного ученика SVM, использующего все наблюдения, классифицированные как 'setosa' и 'versicolor'. Поскольку 'setosa' соответствует 1, это - положительный класс; 'versicolor' соответствует –1, таким образом, это - отрицательный класс.

Можно получить доступ к каждой бинарной индексации ячейки использования ученика и записи через точку.

Mdl.BinaryLearners{1}   % The first binary learner

ans = 
  classreg.learning.classif.CompactClassificationSVM
             ResponseName: 'Y'
    CategoricalPredictors: []
               ClassNames: [-1 1]
           ScoreTransform: 'none'
                     Beta: [4x1 double]
                     Bias: 1.4505
         KernelParameters: [1x1 struct]


  Properties, Methods

Вычислите ошибку классификации перезамены.

error = resubLoss(Mdl)

error = 0.0067

Ошибка классификации на обучающих данных мала, но классификатор может быть сверхподобранной моделью. Можно перекрестный подтвердить классификатор с помощью crossval и вычислите ошибку классификации перекрестных проверок вместо этого.

Смотрите бинарные свойства ученика классификатора ECOC

Скрипт Open Live Script

Обучите классификатор ECOC с помощью двоичных учеников SVM. Затем свойства доступа бинарных учеников, таких как оцененные параметры, при помощи записи через точку.

Загрузите ирисовый набор данных Фишера. Задайте лепестковые размерности как предикторы и имена разновидностей как ответ.

load fisheriris
X = meas(:,3:4);
Y = species;

Обучите классификатор ECOC с помощью двоичных учеников SVM и проекта кодирования значения по умолчанию (один по сравнению с одним). Стандартизируйте предикторы и сохраните векторы поддержки.

t = templateSVM('Standardize',true,'SaveSupportVectors',true);
predictorNames = {'petalLength','petalWidth'};
responseName = 'irisSpecies';
classNames = {'setosa','versicolor','virginica'}; % Specify class order
Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t,'ResponseName',responseName,...
    'PredictorNames',predictorNames,'ClassNames',classNames)

Mdl = 
  ClassificationECOC
           PredictorNames: {'petalLength'  'petalWidth'}
             ResponseName: 'irisSpecies'
    CategoricalPredictors: []
               ClassNames: {'setosa'  'versicolor'  'virginica'}
           ScoreTransform: 'none'
           BinaryLearners: {3x1 cell}
               CodingName: 'onevsone'


  Properties, Methods

t объект шаблона, который содержит опции для классификации SVM. Функциональный fitcecoc значения по умолчанию использования для пустого ([]свойства. Mdl ClassificationECOC классификатор. Можно получить доступ к свойствам Mdl использование записи через точку.

Отобразите имена классов и матрицу проекта кодирования.

Mdl.ClassNames

ans = 3x1 cell
    {'setosa'    }
    {'versicolor'}
    {'virginica' }

Mdl.CodingMatrix

ans = 3×3

     1     1     0
    -1     0     1
     0    -1    -1

Столбцы соответствуют бинарным ученикам SVM, и строки соответствуют отличным классам. Порядок строк совпадает с порядком в ClassNames свойство Mdl. Для каждого столбца:

1 указывает на тот fitcecoc обучает SVM использование наблюдений в соответствующем классе как члены положительной группы.
–1 указывает на тот fitcecoc обучает SVM использование наблюдений в соответствующем классе как члены отрицательной группы.
0 указывает, что SVM не использует наблюдения в соответствующем классе.

В первом SVM, например, fitcecoc присвоения все наблюдения к 'setosa' или 'versicolor', но не 'virginica'.

Доступ к свойствам SVMs использование индексирования ячейки и записи через точку. Сохраните стандартизированные векторы поддержки каждого SVM. Не стандартизируйте векторы поддержки.

L = size(Mdl.CodingMatrix,2); % Number of SVMs
sv = cell(L,1); % Preallocate for support vector indices
for j = 1:L
    SVM = Mdl.BinaryLearners{j};
    sv{j} = SVM.SupportVectors;
    sv{j} = sv{j}.*SVM.Sigma + SVM.Mu;
end

sv массив ячеек матриц, содержащих нестандартизированные векторы поддержки для SVMs.

Отобразите данные на графике и идентифицируйте векторы поддержки.

figure
gscatter(X(:,1),X(:,2),Y);
hold on
markers = {'ko','ro','bo'}; % Should be of length L
for j = 1:L
    svs = sv{j};
    plot(svs(:,1),svs(:,2),markers{j},...
        'MarkerSize',10 + (j - 1)*3);
end
title('Fisher''s Iris -- ECOC Support Vectors')
xlabel(predictorNames{1})
ylabel(predictorNames{2})
legend([classNames,{'Support vectors - SVM 1',...
    'Support vectors - SVM 2','Support vectors - SVM 3'}],...
    'Location','Best')
hold off

Можно передать Mdl к этим функциям:

predict, классифицировать новые наблюдения
resubLoss, оценить ошибку классификации на обучающих данных
crossval, выполнять 10-кратную перекрестную проверку

Перекрестный подтвердите классификатор ECOC

Скрипт Open Live Script

Перекрестный подтвердите классификатор ECOC с бинарными учениками SVM и оцените обобщенную ошибку классификации.

Загрузите ирисовый набор данных Фишера. Задайте данные о предикторе X и данные об ответе Y.

load fisheriris
X = meas;
Y = species;
rng(1); % For reproducibility

Создайте шаблон SVM и стандартизируйте предикторы.

t = templateSVM('Standardize',true)

t = 
Fit template for classification SVM.

                     Alpha: [0x1 double]
             BoxConstraint: []
                 CacheSize: []
             CachingMethod: ''
                ClipAlphas: []
    DeltaGradientTolerance: []
                   Epsilon: []
              GapTolerance: []
              KKTTolerance: []
            IterationLimit: []
            KernelFunction: ''
               KernelScale: []
              KernelOffset: []
     KernelPolynomialOrder: []
                  NumPrint: []
                        Nu: []
           OutlierFraction: []
          RemoveDuplicates: []
           ShrinkagePeriod: []
                    Solver: ''
           StandardizeData: 1
        SaveSupportVectors: []
            VerbosityLevel: []
                   Version: 2
                    Method: 'SVM'
                      Type: 'classification'

t шаблон SVM. Большинство свойств объекта шаблона пусто. Когда обучение классификатор ECOC, программное обеспечение устанавливает применимые свойства на их значения по умолчанию.

Обучите классификатор ECOC и задайте порядок класса.

Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t,...
    'ClassNames',{'setosa','versicolor','virginica'});

Mdl ClassificationECOC классификатор. Можно получить доступ к его свойствам с помощью записи через точку.

Перекрестный подтвердите Mdl использование 10-кратной перекрестной проверки.

CVMdl = crossval(Mdl);

CVMdl ClassificationPartitionedECOC перекрестный подтвержденный классификатор ECOC.

Оцените обобщенную ошибку классификации.

genError = kfoldLoss(CVMdl)

genError = 0.0400

Обобщенная ошибка классификации составляет 4%, который указывает, что классификатор ECOC делает вывод довольно хорошо.

Больше о

развернуть все

Выходная модель кода с коррекцией ошибок

error-correcting output codes (ECOC) model уменьшает проблему классификации с тремя или больше классами к набору бинарных проблем классификации.

Классификация ECOC требует проекта кодирования, который определяет классы, которые бинарные ученики обучают на, и схема декодирования, которая определяет, как результаты (предсказания) бинарных классификаторов агрегированы.

Примите следующее:

Проблема классификации имеет три класса.
Проект кодирования один по сравнению с одним. Для трех классов этот проект кодирования

$\begin{matrix} Ученик 1 & Ученик 2 & Ученик 3 \\ Класс 1 & 1 & 1 & 0 \\ Класс 2 & - 1 & 0 & 1 \\ Класс 3 & 0 & - 1 & - 1 \end{matrix}$
Схема декодирования использует потерю g.
Ученики являются SVMs.

Чтобы создать эту модель классификации, алгоритм ECOC выполняет эти шаги.

Ученик 1 обучается на наблюдениях в Классе 1 или Классе 2, и обрабатывает Класс 1 как положительный класс и Класс 2 как отрицательный класс. Другие ученики обучены так же.
Позвольте M быть матрицей проекта кодирования с элементами _mkl и _sl быть предсказанной классификационной оценкой для положительного класса ученика l. Алгоритм присваивает новое наблюдение классу ( $\hat{k}$ ) это минимизирует агрегацию потерь для двоичных учеников L.

$\hat{k} = \underset{k}{argmin} \frac{\sum_{l = 1}^{L} | m_{k l} | g (m_{k l}, s_{l})}{\sum_{l = 1}^{L} | m_{k l} |} .$

Модели ECOC могут улучшить точность классификации, по сравнению с другими моделями мультикласса [2].

Кодирование проекта

coding design является матрицей, где элементы, прямые, какие классы обучены каждым бинарным учеником, то есть, как проблема мультикласса уменьшается до серии бинарных проблем.

Каждая строка проекта кодирования соответствует отличному классу, и каждый столбец соответствует бинарному ученику. В троичном проекте кодирования, для конкретного столбца (или бинарный ученик):

Строка, содержащая 1, направляет бинарного ученика, чтобы сгруппировать все наблюдения в соответствующем классе в положительный класс.
Строка, содержащая –1, направляет бинарного ученика, чтобы сгруппировать все наблюдения в соответствующем классе в отрицательный класс.
Строка, содержащая 0, направляет бинарного ученика, чтобы проигнорировать все наблюдения в соответствующем классе.

Кодирующие матрицы проекта с большими, минимальными, попарными расстояниями строки на основе меры Хэмминга оптимальны. Для получения дополнительной информации на попарном расстоянии строки, см. Случайные Матрицы Проекта Кодирования и [4].

Эта таблица описывает популярные проекты кодирования.

Кодирование проекта	Описание	Количество учеников	Минимальное попарное расстояние строки
one-all (OVA)	Для каждого бинарного ученика один класс положителен, и остальные отрицательны. Этот проект исчерпывает все комбинации положительных присвоений класса.	K	2
один по сравнению с одним (OVO)	Для каждого бинарного ученика один класс положителен, другой отрицателен, и остальные проигнорированы. Этот проект исчерпывает все комбинации присвоений пары класса.	K (K – 1)/2	1
завершенный двоичный файл	Этот проект делит классы во все бинарные комбинации и не игнорирует классов. Таким образом, всеми присвоениями класса является `–1` и `1` по крайней мере с одним положительным классом и одним отрицательным классом в присвоении для каждого бинарного ученика.	2^{K – 1 – 1}	2^{K – 2}
троичный завершенный	Этот проект делит классы во все троичные комбинации. Таким образом, всеми присвоениями класса является `0`, –1, и `1` по крайней мере с одним положительным классом и одним отрицательным классом в присвоении для каждого бинарного ученика.	(3^K – 2^{K + 1} + 1)/2	3^{K – 2}
порядковый	Для первого бинарного ученика первый класс отрицателен, и остальные положительны. Для второго бинарного ученика первые два класса отрицательны, и остальные положительны и так далее.	K 1	1
плотный случайный	Для каждого бинарного ученика программное обеспечение случайным образом присваивает классы в положительные или отрицательные классы с по крайней мере одним из каждого типа. Для получения дополнительной информации см. Случайные Матрицы Проекта Кодирования.	Случайный, но приблизительно 10 _log2K	Переменная
разреженный случайный	Для каждого бинарного ученика программное обеспечение случайным образом присваивает классы как положительные или отрицательные с вероятностью 0.25 для каждого, и игнорирует классы с вероятностью 0.5. Для получения дополнительной информации см. Случайные Матрицы Проекта Кодирования.	Случайный, но приблизительно 15 _log2K	Переменная

Этот график сравнивает количество бинарных учеников для проектов кодирования с увеличением K.

Алгоритмы

развернуть все

Случайные матрицы проекта кодирования

Для данного количества классов K программное обеспечение генерирует случайные матрицы проекта кодирования можно следующим образом.

Программное обеспечение генерирует одну из этих матриц:
1. Плотный случайный — программное обеспечение присваивает 1 или –1 с равной вероятностью к каждому элементу K-by-_Ld кодирующий матрицу проекта, где $L_{d} \approx ⌈ 10 \log_{2} K ⌉$ .
2. Разреженный случайный — программное обеспечение присваивает 1 каждому элементу K-by-_Ls кодирующий матрицу проекта с вероятностью 0.25, –1 с вероятностью 0.25, и 0 с вероятностью 0.5, где $L_{s} \approx ⌈ 15 \log_{2} K ⌉$ .
Если столбец не содержит по крайней мере один 1 и по крайней мере один –1, то программное обеспечение удаляет тот столбец.
Для отличных столбцов u и v, если u = v или u = –v, то программное обеспечение удаляет v из матрицы проекта кодирования.

Программное обеспечение случайным образом генерирует 10 000 матриц по умолчанию и сохраняет матрицу с самым большим, минимальным, попарным расстоянием строки на основе меры Хэмминга ([4]) данный

$Δ (k_{1}, k_{2}) = 0.5 \sum_{l = 1}^{L} | m_{k_{1} l} | | m_{k_{2} l} | | m_{k_{1} l} - m_{k_{2} l} |,$

где _{_mkjl} является элементом кодирования матрицы проекта j.

Поддержите векторное устройство хранения данных

По умолчанию и для КПД, fitcecoc опорожняет Alpha, SupportVectorLabels, и SupportVectors свойства для всех линейных бинарных учеников SVM. fitcecoc списки Beta, вместо Alpha, в отображении модели.

Сохранить Alpha, SupportVectorLabels, и SupportVectors, передайте линейный шаблон SVM, который задает векторы поддержки хранения к fitcecoc. Например, введите:

t = templateSVM('SaveSupportVectors',true)
Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t);

Можно удалить векторы поддержки и связанные значения путем передачи получившегося ClassificationECOC модель к discardSupportVectors.

Альтернативная функциональность

Можно использовать эти альтернативные алгоритмы, чтобы обучить модель мультикласса:

Ансамбли классификации — видят fitcensemble и ClassificationEnsemble
Деревья классификации — видят fitctree и ClassificationTree
Классификаторы дискриминантного анализа — видят fitcdiscr и ClassificationDiscriminant
k - самые близкие соседние классификаторы — видят fitcknn и ClassificationKNN
Наивные классификаторы Байеса — видят fitcnb и ClassificationNaiveBayes

Ссылки

[1] Fürnkranz, Иоганнес. “Круговая Классификация”. Журнал Исследования Машинного обучения, Издания 2, 2002, стр 721–747.

[2] Escalera, S., О. Пуджол и П. Радева. “Отделимость троичных кодов для разреженных проектов выходных кодов с коррекцией ошибок”. Буквы Распознавания образов, Издание 30, Выпуск 3, 2009, стр 285–297.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

predict и update функции поддерживают генерацию кода.
Когда вы обучаете модель ECOC при помощи fitcecoc, следующие ограничения применяются.
- Вы не можете соответствовать апостериорным вероятностям при помощи 'FitPosterior' аргумент пары "имя-значение".
- Все бинарные ученики должны быть или классификаторами SVM или линейными моделями классификации. Для 'Learners' аргумент пары "имя-значение", можно задать:
  - 'svm' или 'linear'
  - Объект шаблона SVM или массив ячеек таких объектов (см. templateSVM)
  - Линейный объект шаблона модели классификации или массив ячеек таких объектов (см. templateLinear)
- Когда вы генерируете код с помощью кодера configurer для predict и update, следующие дополнительные ограничения применяются к бинарным ученикам.
  - Если вы используете массив ячеек объектов шаблона SVM, значение 'Standardize' поскольку ученики SVM должны быть сопоставимыми. Например, если вы задаете 'Standardize',true для одного ученика SVM необходимо задать то же значение для всех учеников SVM.
  - Если вы используете массив ячеек объектов шаблона SVM, и вы используете одного ученика SVM с линейным ядром ('KernelFunction','linear') и другой с другим типом функции ядра, затем необходимо задать 'SaveSupportVectors'TRUE для ученика с линейным ядром.
  Для получения дополнительной информации смотрите ClassificationECOCCoderConfigurer. Для получения информации об аргументах пары "имя-значение", что вы не можете изменить, когда вы переобучаете модель, смотрите Советы.
- Ограничения генерации кода для классификаторов SVM и линейных моделей классификации также применяются к классификаторам ECOC, в зависимости от выбора бинарных учеников. Для получения дополнительной информации смотрите Генерацию кода CompactClassificationSVM класс и Генерация кода ClassificationLinear класс.

Для получения дополнительной информации смотрите Введение в Генерацию кода.

Документация

ClassificationECOC

Описание

Создание

Свойства

Свойства ECOC

BinaryLearners — Обученные бинарные ученики вектор ячейки объектов модели

BinaryLoss — Бинарная функция потерь ученика 'binodeviance' | 'exponential' | 'hamming' | 'hinge' | 'linear' | 'logit' | 'quadratic'

BinaryY — Бинарные метки класса ученика числовая матрица

BinEdges — Границы интервала для числовых предикторов массив ячеек числовых векторов | []

CodingMatrix — Коды присвоения класса числовая матрица

CodingName — Кодирование имени проекта символьный вектор

LearnerWeights — Бинарные веса ученика числовой вектор-строка

Другие свойства классификации

CategoricalPredictors — Категориальные индексы предиктора вектор положительных целых чисел | []

ClassNames — Уникальные метки класса категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

Cost — Затраты Misclassification квадратная числовая матрица

ExpandedPredictorNames — Расширенные имена предиктора массив ячеек из символьных векторов

ModelParameters — Значения параметров объект

NumObservations — Количество наблюдений положительный числовой скаляр

PredictorNames — Имена предиктора массив ячеек из символьных векторов

Prior — Предшествующие вероятности класса числовой вектор

ResponseName — Имя переменной отклика символьный вектор

RowsUsed — Строки используются в подборе кривой [] (значение по умолчанию) | логический вектор

ScoreTransform — Выиграйте функцию преобразования, чтобы примениться к предсказанным баллам 'doublelogit' | 'invlogit' | 'ismax' | 'logit' | 'none' | указатель на функцию |...

W — Веса наблюдения числовой вектор

X — Нестандартизированные данные о предикторе числовая матрица | таблица

Y — Наблюдаемые метки класса категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

Свойства гипероптимизации параметров управления

HyperparameterOptimizationResults — Описание оптимизации перекрестной проверки гиперпараметров BayesianOptimization возразите | таблица

Функции объекта

Примеры

Обучите модель мультикласса Используя учеников SVM

Смотрите бинарные свойства ученика классификатора ECOC

Перекрестный подтвердите классификатор ECOC

Больше о

Выходная модель кода с коррекцией ошибок

Кодирование проекта

Алгоритмы

Случайные матрицы проекта кодирования

Поддержите векторное устройство хранения данных

Альтернативная функциональность

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2014b

Документация Statistics and Machine Learning Toolbox

Поддержка

`BinaryLearners` — Обученные бинарные ученики
вектор ячейки объектов модели

`BinaryLoss` — Бинарная функция потерь ученика
`'binodeviance'` | `'exponential'` | `'hamming'` | `'hinge'` | `'linear'` | `'logit'` | `'quadratic'`

`BinaryY` — Бинарные метки класса ученика
числовая матрица

`BinEdges` — Границы интервала для числовых предикторов
массив ячеек числовых векторов | `[]`

`CodingMatrix` — Коды присвоения класса
числовая матрица

`CodingName` — Кодирование имени проекта
символьный вектор

`LearnerWeights` — Бинарные веса ученика
числовой вектор-строка

`CategoricalPredictors` — Категориальные индексы предиктора
вектор положительных целых чисел | `[]`

`ClassNames` — Уникальные метки класса
категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

`Cost` — Затраты Misclassification
квадратная числовая матрица

`ExpandedPredictorNames` — Расширенные имена предиктора
массив ячеек из символьных векторов

`ModelParameters` — Значения параметров
объект

`NumObservations` — Количество наблюдений
положительный числовой скаляр

`PredictorNames` — Имена предиктора
массив ячеек из символьных векторов

`Prior` — Предшествующие вероятности класса
числовой вектор

`ResponseName` — Имя переменной отклика
символьный вектор

`RowsUsed` — Строки используются в подборе кривой
`[]` (значение по умолчанию) | логический вектор

`ScoreTransform` — Выиграйте функцию преобразования, чтобы примениться к предсказанным баллам
`'doublelogit'` | `'invlogit'` | `'ismax'` | `'logit'` | `'none'` | указатель на функцию |...

`W` — Веса наблюдения
числовой вектор

`X` — Нестандартизированные данные о предикторе
числовая матрица | таблица

`Y` — Наблюдаемые метки класса
категориальный массив | символьный массив | логический вектор | числовой вектор | массив ячеек из символьных векторов

`HyperparameterOptimizationResults` — Описание оптимизации перекрестной проверки гиперпараметров
`BayesianOptimization` возразите | таблица

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.