The data processing inequality is an information-theoretic principle stating that the information content of a signal cannot be increased by processing the observations. In particular, it suggests that there is no benefit in enhancing the signal or encoding it before addressing a classification problem. This assertion can be proven to be true for the case of the optimal Bayes classifier. However, in practice, it is common to perform "low-level" tasks before "high-level" downstream tasks despite the overwhelming capabilities of modern deep neural networks. In this paper, we aim to understand when and why low-level processing can be beneficial for classification. We present a comprehensive theoretical study of a binary classification setup, where we consider a classifier that is tightly connected to the optimal Bayes classifier and converges to it as the number of training samples increases. We prove that for any finite number of training samples, there exists a pre-classification processing that improves the classification accuracy. We also explore the effect of class separation, training set size, and class balance on the relative gain from this procedure. We support our theory with an empirical investigation of the theoretical setup. Finally, we conduct an empirical study where we investigate the effect of denoising and encoding on the performance of practical deep classifiers on benchmark datasets. Specifically, we vary the size and class distribution of the training set, and the noise level, and demonstrate trends that are consistent with our theoretical results.


翻译:数据加工不等式是一条信息论原理,指出信号的信息含量无法通过处理观测结果而增加。具体而言,该原理表明,在处理分类问题之前,增强信号或对其进行编码并无益处。这一论断对最优贝叶斯分类器的情况可证明成立。然而在实际中,尽管现代深度神经网络能力超群,仍在"高层"下游任务之前普遍执行"低层"任务。本文旨在理解低层处理何时及为何能对分类任务产生裨益。我们针对二分类设置展开全面理论研究,其中考虑一种与最优贝叶斯分类器紧密关联且随训练样本数增加收敛于该分类器的分类器。我们证明:对于任意有限训练样本数,总存在一种预分类处理可提升分类准确率。我们还探讨了类别分离度、训练集规模和类别平衡性对该过程相对收益的影响。我们通过理论设置下的实证研究支持理论分析,并最终开展实证研究,探究去噪和编码对实用深度分类器在基准数据集上性能的影响。具体而言,我们改变了训练集的规模、类别分布及噪声水平,并展示了与理论结果一致的实验趋势。

0
下载
关闭预览

相关内容

分类是数据挖掘的一种非常重要的方法。分类的概念是在已有数据的基础上学会一个分类函数或构造出一个分类模型(即我们通常所说的分类器(Classifier))。该函数或模型能够把数据库中的数据纪录映射到给定类别中的某一个,从而可以应用于数据预测。总之,分类器是数据挖掘中对样本进行分类的方法的统称,包含决策树、逻辑回归、朴素贝叶斯、神经网络等算法。
数据质量维度的实践展开:一项综述
专知会员服务
20+阅读 · 2025年7月28日
【AAAI2021】对比聚类,Contrastive Clustering
专知
26+阅读 · 2021年1月30日
「PPT」深度学习中的不确定性估计
专知
27+阅读 · 2019年7月20日
实战经验分享-少量数据NLP场景下进行深度学习训练的建议
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
战力倍增器:自主武器系统与乌克兰及加沙冲突
人工智能赋能战场情报:提速决策进程
专知会员服务
1+阅读 · 7月17日
《拥抱新兴技术:面向未来军官的教育革新》
专知会员服务
4+阅读 · 7月17日
《无人地面战车(UGV)的崛起》报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月16日
美陆军任务式指挥人工智能解决方案
专知会员服务
11+阅读 · 7月16日
相关VIP内容
数据质量维度的实践展开:一项综述
专知会员服务
20+阅读 · 2025年7月28日
相关基金
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员