exponenta event banner

resubPredict

Классификация наблюдений в многоклассовой модели выходных кодов с исправлением ошибок (ECOC)

Описание

пример

label = resubPredict(Mdl) возвращает вектор прогнозируемых меток класса (label) для обучаемой модели многоклассовых выходных кодов с исправлением ошибок (ECOC) Mdl используя данные предиктора, хранящиеся в Mdl.X.

Программное обеспечение предсказывает классификацию наблюдения, присваивая наблюдение классу, давая наибольшую отрицаемую среднюю двоичную потерю (или, что эквивалентно, наименьшую среднюю двоичную потерю).

пример

label = resubPredict(Mdl,Name,Value) возвращает прогнозируемые метки класса с дополнительными параметрами, заданными одним или несколькими аргументами пары имя-значение. Например, укажите метод оценки апостериорной вероятности, схему декодирования или уровень детализации.

пример

[label,NegLoss,PBScore] = resubPredict(___) использует любую из комбинаций входных аргументов в предыдущих синтаксисах и дополнительно возвращает отрицательную среднюю двоичную потерю на класс (NegLoss) для наблюдений и оценки положительного класса (PBScore) для наблюдений, классифицированных каждым двоичным учеником.

пример

[label,NegLoss,PBScore,Posterior] = resubPredict(___) дополнительно возвращает оценки вероятности заднего класса для наблюдений (Posterior).

Для получения вероятности заднего класса необходимо установить 'FitPosterior',true при обучении модели ECOC с использованием fitcecoc. В противном случае resubPredict выдает ошибку.

Примеры

свернуть все

Загрузите набор данных радужки Фишера. Укажите данные предиктора X, данные ответа Yи порядок классов в Y.

load fisheriris
X = meas;
Y = categorical(species);
classOrder = unique(Y);

Обучение модели ECOC с использованием двоичных классификаторов SVM. Стандартизируйте предикторы с помощью шаблона SVM и укажите порядок классов.

t = templateSVM('Standardize',true);
Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t,'ClassNames',classOrder);

t является объектом шаблона SVM. Во время обучения программа использует значения по умолчанию для пустых свойств в t. Mdl является ClassificationECOC модель.

Спрогнозировать метки данных обучения. Печать случайного подмножества истинных и прогнозируемых меток.

labels = resubPredict(Mdl);

rng(1); % For reproducibility
n = numel(Y); % Sample size
idx = randsample(n,10);
table(Y(idx),labels(idx),'VariableNames',{'TrueLabels','PredictedLabels'})
ans=10×2 table
    TrueLabels    PredictedLabels
    __________    _______________

    setosa          setosa       
    versicolor      versicolor   
    virginica       virginica    
    setosa          setosa       
    versicolor      versicolor   
    setosa          setosa       
    versicolor      versicolor   
    versicolor      versicolor   
    setosa          setosa       
    setosa          setosa       

Mdl правильно помечает наблюдения индексами idx.

Загрузите набор данных радужки Фишера. Укажите данные предиктора X, данные ответа Yи порядок классов в Y.

load fisheriris
X = meas;
Y = categorical(species);
classOrder = unique(Y); % Class order

Обучение модели ECOC с использованием двоичных классификаторов SVM. Стандартизируйте предикторы с помощью шаблона SVM и укажите порядок классов.

t = templateSVM('Standardize',true);
Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t,'ClassNames',classOrder);

t является объектом шаблона SVM. Во время обучения программа использует значения по умолчанию для пустых свойств в t. Mdl является ClassificationECOC модель.

Оценки SVM подписаны расстояниями от наблюдения до границы принятия решения. Поэтому доменом является (- ∞,∞). Создайте пользовательскую двоичную функцию потери, которая выполняет следующие действия:

  • Сопоставьте матрицу дизайна кодирования (M) и оценки классификации положительного класса для каждого учащегося с двоичными потерями для каждого наблюдения.

  • Используйте линейные потери.

  • Агрегируйте двоичные потери учащихся с помощью медианы.

Можно создать отдельную функцию для двоичной функции потери, а затем сохранить ее на пути MATLAB ®. Также можно указать анонимную двоичную функцию потери. В этом случае создайте дескриптор функции (customBL) к анонимной двоичной функции потери.

customBL = @(M,s)nanmedian(1 - bsxfun(@times,M,s),2)/2;

Спрогнозировать метки для обучающих данных и оценить медианные двоичные потери на класс. Печать медианы отрицательных двоичных потерь на класс для случайного набора из 10 наблюдений.

[label,NegLoss] = resubPredict(Mdl,'BinaryLoss',customBL);

rng(1); % For reproducibility
n = numel(Y); % Sample size
idx = randsample(n,10);
classOrder
classOrder = 3x1 categorical
     setosa 
     versicolor 
     virginica 

table(Y(idx),label(idx),NegLoss(idx,:),'VariableNames',...
    {'TrueLabel','PredictedLabel','NegLoss'})
ans=10×3 table
    TrueLabel     PredictedLabel                NegLoss            
    __________    ______________    _______________________________

    setosa          versicolor      0.12379      1.9569     -3.5807
    versicolor      versicolor      -1.0172     0.62935     -1.1122
    virginica       virginica       -1.9087    -0.21744     0.62617
    setosa          versicolor       0.4386      2.2441     -4.1827
    versicolor      versicolor      -1.0735     0.39638    -0.82292
    setosa          versicolor      0.26672      2.2003      -3.967
    versicolor      versicolor      -1.1237     0.69917     -1.0754
    versicolor      versicolor      -1.2714     0.51834    -0.74695
    setosa          versicolor      0.35211      2.0677     -3.9198
    setosa          versicolor      0.23357      2.1885     -3.9221

Порядок столбцов соответствует элементам classOrder. Программное обеспечение прогнозирует метку на основе максимальной отрицательной потери. Результаты показывают, что медиана линейных потерь может работать не так хорошо, как другие потери.

Обучение классификатора ECOC с использованием двоичных учеников SVM. Сначала спрогнозируйте метки тренировочной выборки и апостериорные вероятности классов. Затем предсказать максимальную апостериорную вероятность класса в каждой точке сетки. Визуализация результатов.

Загрузите набор данных радужки Фишера. Укажите размеры лепестков в качестве предикторов и названия видов в качестве ответа.

load fisheriris
X = meas(:,3:4);
Y = species;
rng(1); % For reproducibility

Создайте шаблон SVM. Стандартизируйте предикторы и укажите гауссово ядро.

t = templateSVM('Standardize',true,'KernelFunction','gaussian');

t является шаблоном SVM. Большинство его свойств пусты. Когда программное обеспечение обучает классификатор ECOC, оно устанавливает соответствующие свойства для их значений по умолчанию.

Обучение классификатора ECOC с использованием шаблона SVM. Преобразовать оценки классификации в апостериорные вероятности класса (которые возвращаются predict или resubPredict) с использованием 'FitPosterior' аргумент пары имя-значение. Укажите порядок классов с помощью 'ClassNames' аргумент пары имя-значение. Отображение диагностических сообщений во время обучения с помощью 'Verbose' аргумент пары имя-значение.

Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learners',t,'FitPosterior',true,...
    'ClassNames',{'setosa','versicolor','virginica'},...
    'Verbose',2);
Training binary learner 1 (SVM) out of 3 with 50 negative and 50 positive observations.
Negative class indices: 2
Positive class indices: 1

Fitting posterior probabilities for learner 1 (SVM).
Training binary learner 2 (SVM) out of 3 with 50 negative and 50 positive observations.
Negative class indices: 3
Positive class indices: 1

Fitting posterior probabilities for learner 2 (SVM).
Training binary learner 3 (SVM) out of 3 with 50 negative and 50 positive observations.
Negative class indices: 3
Positive class indices: 2

Fitting posterior probabilities for learner 3 (SVM).

Mdl является ClassificationECOC модель. Один и тот же шаблон SVM применяется к каждому двоичному ученику, но можно настроить параметры для каждого двоичного ученика, передав вектор ячеек шаблонов.

Предсказать метки обучающей выборки и апостериорные вероятности класса. Отображать диагностические сообщения при вычислении меток и апостериорных вероятностей классов с помощью 'Verbose' аргумент пары имя-значение.

[label,~,~,Posterior] = resubPredict(Mdl,'Verbose',1);
Predictions from all learners have been computed.
Loss for all observations has been computed.
Computing posterior probabilities...
Mdl.BinaryLoss
ans = 
'quadratic'

Программное обеспечение назначает наблюдение классу, которое дает наименьшие средние двоичные потери. Поскольку все двоичные ученики вычисляют апостериорные вероятности, функция двоичных потерь quadratic.

Отображение случайного набора результатов.

idx = randsample(size(X,1),10,1);
Mdl.ClassNames
ans = 3x1 cell
    {'setosa'    }
    {'versicolor'}
    {'virginica' }

table(Y(idx),label(idx),Posterior(idx,:),...
    'VariableNames',{'TrueLabel','PredLabel','Posterior'})
ans=10×3 table
      TrueLabel         PredLabel                     Posterior               
    ______________    ______________    ______________________________________

    {'virginica' }    {'virginica' }     0.0039322      0.003987       0.99208
    {'virginica' }    {'virginica' }      0.017067      0.018263       0.96467
    {'virginica' }    {'virginica' }      0.014948      0.015856        0.9692
    {'versicolor'}    {'versicolor'}    2.2197e-14       0.87318       0.12682
    {'setosa'    }    {'setosa'    }         0.999    0.00025092    0.00074638
    {'versicolor'}    {'virginica' }    2.2195e-14       0.05943       0.94057
    {'versicolor'}    {'versicolor'}    2.2194e-14       0.97001      0.029985
    {'setosa'    }    {'setosa'    }         0.999    0.00024991     0.0007474
    {'versicolor'}    {'versicolor'}     0.0085642       0.98259     0.0088487
    {'setosa'    }    {'setosa'    }         0.999    0.00025013    0.00074717

Столбцы Posterior соответствуют порядку классов Mdl.ClassNames.

Определите сетку значений в наблюдаемом предикторном пространстве. Предсказать апостериорные вероятности для каждого случая в сетке.

xMax = max(X);
xMin = min(X);

x1Pts = linspace(xMin(1),xMax(1));
x2Pts = linspace(xMin(2),xMax(2));
[x1Grid,x2Grid] = meshgrid(x1Pts,x2Pts);

[~,~,~,PosteriorRegion] = predict(Mdl,[x1Grid(:),x2Grid(:)]);

Для каждой координаты на сетке постройте график максимальной апостериорной вероятности класса среди всех классов.

contourf(x1Grid,x2Grid,...
        reshape(max(PosteriorRegion,[],2),size(x1Grid,1),size(x1Grid,2)));
h = colorbar;
h.YLabel.String = 'Maximum posterior';
h.YLabel.FontSize = 15;

hold on
gh = gscatter(X(:,1),X(:,2),Y,'krk','*xd',8);
gh(2).LineWidth = 2;
gh(3).LineWidth = 2;

title('Iris Petal Measurements and Maximum Posterior')
xlabel('Petal length (cm)')
ylabel('Petal width (cm)')
axis tight
legend(gh,'Location','NorthWest')
hold off

Figure contains an axes. The axes with title Iris Petal Measurements and Maximum Posterior contains 4 objects of type contour, line. These objects represent setosa, versicolor, virginica.

Обучите многоклассную модель ECOC и оцените апостериорные вероятности с помощью параллельных вычислений.

Загрузить arrhythmia набор данных. Анализ данных ответа Yи определить количество классов.

load arrhythmia
Y = categorical(Y);
tabulate(Y)
  Value    Count   Percent
      1      245     54.20%
      2       44      9.73%
      3       15      3.32%
      4       15      3.32%
      5       13      2.88%
      6       25      5.53%
      7        3      0.66%
      8        2      0.44%
      9        9      1.99%
     10       50     11.06%
     14        4      0.88%
     15        5      1.11%
     16       22      4.87%
K = numel(unique(Y));

Несколько классов не представлены в данных, а многие другие классы имеют низкие относительные частоты.

Укажите шаблон обучения ансамбля, использующий метод GentleBoost и 50 слабых учеников дерева классификации.

t = templateEnsemble('GentleBoost',50,'Tree');

t является объектом шаблона. Большинство его свойств пусты ([]). Во время обучения программа использует значения по умолчанию для всех пустых свойств.

Поскольку переменная ответа содержит много классов, укажите схему разреженного произвольного кодирования.

rng(1); % For reproducibility
Coding = designecoc(K,'sparserandom');

Обучение модели ECOC с помощью параллельных вычислений. Укажите в соответствии с задними вероятностями.

pool = parpool;                      % Invokes workers
Starting parallel pool (parpool) using the 'local' profile ...
Connected to the parallel pool (number of workers: 6).
options = statset('UseParallel',true);
Mdl = fitcecoc(X,Y,'Learner',t,'Options',options,'Coding',Coding,...
    'FitPosterior',true);

Mdl является ClassificationECOC модель. Доступ к его свойствам можно получить с помощью точечной нотации.

Пул вызывает шесть работников, хотя число работников может различаться в разных системах.

Оцените апостериорные вероятности и отобразите апостериорную вероятность быть классифицированным как не имеющий аритмии (класс 1), учитывая случайное подмножество обучающих данных.

[~,~,~,posterior] = resubPredict(Mdl);

n = numel(Y);
idx = randsample(n,10,1);
table(idx,Y(idx),posterior(idx,1),...
    'VariableNames',{'ObservationIndex','TrueLabel','PosteriorNoArrythmia'})
ans=10×3 table
    ObservationIndex    TrueLabel    PosteriorNoArrythmia
    ________________    _________    ____________________

           79              1                0.93436      
          248              1                0.95574      
          398              10              0.032378      
          207              1                0.97965      
          340              1                0.93656      
          206              1                0.97795      
          345              10              0.015642      
          296              2                0.13433      
          391              1                 0.9648      
          406              1                0.94861      

Входные аргументы

свернуть все

Полная обучаемая многоклассная модель ECOC, указанная как ClassificationECOC модель обучена с fitcecoc.

Аргументы пары «имя-значение»

Укажите дополнительные пары, разделенные запятыми Name,Value аргументы. Name является именем аргумента и Value - соответствующее значение. Name должен отображаться внутри кавычек. Можно указать несколько аргументов пары имен и значений в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Пример: resubPredict(Mdl,'BinaryLoss','linear','Decoding','lossbased') определяет линейную двоичную функцию потери ученика и схему декодирования на основе потерь для агрегирования двоичных потерь.

Двоичная функция потери ученика, заданная как разделенная запятыми пара, состоящая из 'BinaryLoss' и встроенное имя или дескриптор функции потери.

  • В этой таблице описываются встроенные функции, где yj - метка класса для конкретного двоичного ученика (в наборе {-1,1,0}), sj - оценка для наблюдения j, а g (yj, sj) - формула двоичных потерь.

    СтоимостьОписаниеДомен оценкиg (yj, sj)
    'binodeviance'Биномиальное отклонение(–∞,∞)журнал [1 + exp (-2yjsj) ]/[ 2log (2)]
    'exponential'Показательный(–∞,∞)exp (-yjsj )/2
    'hamming'Хэмминг[0,1] или (- ∞,∞)[1 - знак (yjsj) ]/2
    'hinge'Стержень(–∞,∞)max (0,1 - yjsj )/2
    'linear'Линейный(–∞,∞)(1 - yjsj )/2
    'logit'Логистический(–∞,∞)log [1 + exp (-yjsj) ]/[ 2log (2)]
    'quadratic'Квадратный[0,1][1-yj (2sj-1)] 2/2

    Программное обеспечение нормализует двоичные потери так, чтобы потери были 0,5, когда yj = 0. Кроме того, программное обеспечение вычисляет средние двоичные потери для каждого класса.

  • Например, для пользовательской двоичной функции потери customFunction, укажите его функциональный дескриптор 'BinaryLoss',@customFunction.

    customFunction имеет следующую форму:

    bLoss = customFunction(M,s)
    где:

    • M - матрица кодирования K-by-L, сохраненная в Mdl.CodingMatrix.

    • s - вектор 1-by-L строк классификационных баллов.

    • bLoss - потеря классификации. Этот скаляр агрегирует двоичные потери для каждого учащегося в конкретном классе. Например, можно использовать среднюю двоичную потерю для суммирования потерь по учащимся для каждого класса.

    • K - количество классов.

    • L - количество двоичных учеников.

    Пример передачи пользовательской двоичной функции потери см. в разделе Прогнозирование меток тестовой выборки модели ECOC с использованием пользовательской двоичной функции потери.

Дефолт BinaryLoss значение зависит от диапазонов баллов, возвращаемых двоичными учениками. В этой таблице описаны некоторые значения по умолчанию BinaryLoss значения, основанные на данных допущениях.

ПредположениеЗначение по умолчанию
Все двоичные ученики являются SVM или линейными или классификационными моделями SVM.'hinge'
Все бинарные учащиеся являются ансамблями, обученными AdaboostM1 или GentleBoost.'exponential'
Все бинарные учащиеся являются ансамблями, обученными LogitBoost.'binodeviance'
Все двоичные ученики являются линейными или классификационными моделями ядра учащихся логистической регрессии. Или вы указываете, чтобы предсказать апостериорные вероятности класса путем установки 'FitPosterior',true в fitcecoc.'quadratic'

Чтобы проверить значение по умолчанию, используйте точечную нотацию для отображения BinaryLoss свойство обучаемой модели в командной строке.

Пример: 'BinaryLoss','binodeviance'

Типы данных: char | string | function_handle

Схема декодирования, которая агрегирует двоичные потери, заданная как разделенная запятыми пара, состоящая из 'Decoding' и 'lossweighted' или 'lossbased'. Дополнительные сведения см. в разделе Потери двоичного кода.

Пример: 'Decoding','lossbased'

Число случайных начальных значений для аппроксимации задних вероятностей минимизацией расходимости Куллбэка-Лейблера, определяемых как пара, разделенная запятыми, состоящая из 'NumKLInitializations' и неотрицательный целочисленный скаляр.

Если не запросить четвертый выходной аргумент (Posterior) и установить 'PosteriorMethod','kl' (по умолчанию), то программное обеспечение игнорирует значение NumKLInitializations.

Дополнительные сведения см. в разделе Апостериорная оценка с использованием дивергенции Kullback-Leibler.

Пример: 'NumKLInitializations',5

Типы данных: single | double

Опции оценки, указанные как пара, разделенная запятыми, состоящая из 'Options' и массив структуры, возвращенный statset.

Для вызова параллельных вычислений:

  • Вам нужна лицензия Parallel Computing Toolbox™.

  • Определить 'Options',statset('UseParallel',true).

Метод оценки апостериорной вероятности, определяемый как разделенная запятыми пара, состоящая из 'PosteriorMethod' и 'kl' или 'qp'.

  • Если PosteriorMethod является 'kl'затем программное обеспечение оценивает мультиклассовые апостериорные вероятности путем минимизации расхождения Куллбэка-Лейблера между предсказанной и ожидаемой апостериорной вероятностями, возвращаемыми двоичными учениками. Дополнительные сведения см. в разделе Задняя оценка с использованием дивергенции Kullback-Leibler.

  • Если PosteriorMethod является 'qp', то программное обеспечение оценивает мультиклассовые апостериорные вероятности, решая задачу наименьших квадратов с помощью квадратичного программирования. Для использования этого параметра необходима лицензия Optimization Toolbox™. Дополнительные сведения см. в разделе Апостериорная оценка с использованием квадратичного программирования.

  • Если не запросить четвертый выходной аргумент (Posterior), то программное обеспечение игнорирует значение PosteriorMethod.

Пример: 'PosteriorMethod','qp'

Уровень детализации, указанный как разделенная запятыми пара, состоящая из 'Verbose' и 0 или 1. Verbose управляет количеством диагностических сообщений, отображаемых программой в окне команд.

Если Verbose является 0, то программное обеспечение не отображает диагностические сообщения. В противном случае программа отображает диагностические сообщения.

Пример: 'Verbose',1

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

свернуть все

Прогнозируемые метки класса, возвращаемые в виде категориального или символьного массива, логического или числового вектора или массива ячеек символьных векторов.

label имеет тот же тип данных, что и Mdl.ClassNames и имеет то же количество строк, что и Mdl.X.

Программное обеспечение предсказывает классификацию наблюдения, присваивая наблюдение классу, давая наибольшую отрицаемую среднюю двоичную потерю (или, что эквивалентно, наименьшую среднюю двоичную потерю).

Сведенные на нет средние двоичные потери, возвращаемые в виде числовой матрицы. NegLoss - матрица n-by-K, где n - число наблюдений (size(Mdl.X,1)) и K - количество уникальных классов (size(Mdl.ClassNames,1)).

Положительные оценки для каждого двоичного ученика, возвращаемые в виде числовой матрицы. PBScore - матрица n-by-L, где n - количество наблюдений (size(Mdl.X,1)) и L - количество двоичных учеников (size(Mdl.CodingMatrix,2)).

Апостериорные вероятности классов, возвращаемые в виде числовой матрицы. Posterior - матрица n-by-K, где n - число наблюдений (size(Mdl.X,1)) и K - количество уникальных классов (size(Mdl.ClassNames,1)).

Просить Posterior, необходимо установить 'FitPosterior',true при обучении модели ECOC с использованием fitcecoc. В противном случае программа выдает ошибку.

Подробнее

свернуть все

Двоичные потери

Двоичная потеря - это функция класса и оценки классификации, которая определяет, насколько хорошо двоичный ученик классифицирует наблюдение в классе.

Предположим, что:

  • mkj - элемент (k, j) матрицы M дизайна кодирования (то есть код, соответствующий классу k двоичного учащегося j).

  • sj - оценка двоичного ученика j для наблюдения.

  • g - функция двоичных потерь.

  • k ^ - прогнозируемый класс для наблюдения.

При декодировании на основе потерь [Escalera et al.] класс, производящий минимальную сумму двоичных потерь над двоичными учениками, определяет прогнозируемый класс наблюдения, то есть

k^=argmink∑j=1L'mkj'g (mkj, sj).

При декодировании со взвешенными потерями [Escalera et al.] класс, производящий минимальное среднее двоичных потерь по двоичным ученикам, определяет прогнозируемый класс наблюдения, то есть

k^=argmink∑j=1L'mkj'g (mkj, sj) ∑j=1L'mkj|.

Allwein et al. предполагают, что взвешенное по потерям декодирование улучшает точность классификации, сохраняя значения потерь для всех классов в одном динамическом диапазоне.

Эта таблица суммирует поддерживаемые функции потерь, где yj - метка класса для конкретного двоичного ученика (в наборе {-1,1,0}), sj - оценка для наблюдения j, и g (yj, sj).

СтоимостьОписаниеДомен оценкиg (yj, sj)
'binodeviance'Биномиальное отклонение(–∞,∞)журнал [1 + exp (-2yjsj) ]/[ 2log (2)]
'exponential'Показательный(–∞,∞)exp (-yjsj )/2
'hamming'Хэмминг[0,1] или (- ∞,∞)[1 - знак (yjsj) ]/2
'hinge'Стержень(–∞,∞)max (0,1 - yjsj )/2
'linear'Линейный(–∞,∞)(1 - yjsj )/2
'logit'Логистический(–∞,∞)log [1 + exp (-yjsj) ]/[ 2log (2)]
'quadratic'Квадратный[0,1][1-yj (2sj-1)] 2/2

Программное обеспечение нормализует двоичные потери так, что потери составляют 0,5, когда yj = 0, и агрегирует, используя среднее значение двоичных учеников [Allwein et al.].

Не путайте бинарную потерю с общей классификационной потерей (указанной 'LossFun' аргумент пары имя-значение loss и predict объектные функции), который измеряет, насколько хорошо классификатор ECOC работает в целом.

Алгоритмы

свернуть все

Программное обеспечение может оценивать апостериорные вероятности классов, минимизируя дивергенцию Куллбэка-Лейблера или используя квадратичное программирование. Для следующих описаний алгоритмов апостериорной оценки предположим, что:

  • mkj - элемент (k, j) матрицы M дизайна кодирования.

  • I - функция индикатора.

  • p ^ k - оценка апостериорной вероятности класса для класса k наблюдения, k = 1,...,K.

  • rj - апостериорная вероятность положительного класса для двоичного учащегося j. То есть, rj - вероятность того, что двоичный ученик j классифицирует наблюдение в положительный класс, учитывая данные обучения.

Задняя оценка с использованием дивергенции Kullback-Leibler

По умолчанию программное обеспечение минимизирует дивергенцию Kullback-Leibler для оценки апостериорных вероятностей класса. Расхождение Куллбака-Лейблера между ожидаемой и наблюдаемой апостериорной вероятностями положительного класса составляет

Δ (r, r ^) =∑j=1Lwj[rjlogrjr^j+ (1 − rj) log1 rj1 − r ^ j],

где wj=∑Sjwi∗ - вес для двоичного ученика j.

  • Sj - это набор показателей наблюдения, на которых обучается двоичный ученик j.

  • wi∗ - вес наблюдения i.

Программное обеспечение минимизирует расхождение итеративно. Первым шагом является выбор начальных значений p ^ k (0); k = 1,..., K для апостериорных вероятностей класса.

  • Если не указать 'NumKLIterations'затем программное обеспечение пробует оба набора детерминированных начальных значений, описанных далее, и выбирает набор, который минимизирует Δ.

    • p ^ k (0) = 1/K; k = 1,..., K.

    • p ^ k (0); k = 1,..., K - решение системы

      M01p ^ (0) = r,

      где M01 - M со всеми mkj = -1, замененными на 0, и r - вектор апостериорных вероятностей положительного класса, возвращаемый L двоичными учениками [Dietterich et al.]. Программное обеспечение использует lsqnonneg для решения системы.

  • При указании 'NumKLIterations',c, где c является натуральным числом, то программное обеспечение делает следующее, чтобы выбрать множество p ^ k (0); k = 1,..., K, и выбирает множество, которое минимизирует Δ.

    • Программное обеспечение пробует оба набора детерминированных начальных значений, как описано выше.

    • Программное обеспечение случайным образом генерирует c векторы длины К с использованием rand, а затем нормализует каждый вектор для суммирования в 1.

При итерации t программное обеспечение выполняет следующие действия:

  1. Вычислить

    r ^ j (t) =∑k=1Kp^k (t) I (mkj = + 1) ∑k=1Kp^k (t) I (mkj=+1∪mkj=−1).

  2. Оценить апостериорную вероятность следующего класса, используя

    p ^ k (t + 1) = p ^ k (t) ∑j=1Lwj[rjI (mkj = + 1) + (1 rj) I (mkj = 1)] ∑j=1Lwj[r^j (t) I (mkj = + 1) + (1 − r ^ j (t)) I (mkj = − 1)].

  3. Нормализовать p ^ k (t + 1); k = 1,..., K так, чтобы они были равны 1.

  4. Проверьте сходимость.

Более подробно см. [Hastie et al.] и [Zadrozny].

Задняя оценка с использованием квадратичного программирования

Для оценки апостериорной вероятности с помощью квадратичного программирования требуется лицензия Optimization Toolbox. Чтобы оценить апостериорные вероятности для наблюдения с помощью этого метода, программное обеспечение выполняет следующие шаги:

  1. Оцените апостериорные вероятности положительного класса, rj, для двоичных учеников j = 1,...,L.

  2. Используя взаимосвязь между rj и p ^ k [Wu et al.], минимизируйте

    ∑j=1L[−rj∑k=1Kp^kI (mkj = 1) + (1 rj) ∑k=1Kp^kI (mkj = + 1)] 2

    в отношении p ^ k и ограничений

    0≤p^k≤1∑kp^k=1.

    Программа выполняет минимизацию с помощью quadprog(Панель инструментов оптимизации).

Ссылки

[1] Allwein, E., R. Schapire и Y. Singer. «Сокращение мультиклассов до двоичных: унифицирующий подход к classifiers маржи». Журнал исследований машинного обучения. Том 1, 2000, стр. 113-141.

[2] Диттерих, Т. и Г. Бакири. «Решение проблем многоклассового обучения с помощью кодов вывода с исправлением ошибок». Журнал исследований искусственного интеллекта. Том 2, 1995, стр. 263-286.

[3] Эскалера, С., О. Пужоль и П. Радева. «Процесс декодирования в выходных кодах с тройной коррекцией ошибок». Транзакции IEEE по анализу шаблонов и машинному интеллекту. Том 32, выпуск 7, 2010, стр. 120-134.

[4] Эскалера, С., О. Пужоль и П. Радева. «Разделяемость троичных кодов для разреженных конструкций выходных кодов с исправлением ошибок». Повторная запись шаблона. Том 30, выпуск 3, 2009, стр. 285-297.

[5] Хасти, Т. и Р. Тибширани. «Классификация по парной муфте». Анналы статистики. Том 26, выпуск 2, 1998, стр. 451-471.

[6] Wu, T.F., C. J. Лин и Р. Венг. «Оценки вероятности для классификации нескольких классов по парному соединению». Журнал исследований машинного обучения. Том 5, 2004, стр. 975-1005.

[7] Задрозный, В. «Уменьшение мультикласса до двоичного путем оценки вероятности связи». NIPS 2001: Proceedings of Advances in Neural Information Processing Systems 14, 2001, pp. 1041-1048.

Расширенные возможности

Представлен в R2014b