In pool-based active learning, the learner is given an unlabeled data set and aims to efficiently learn the unknown hypothesis by querying the labels of the data points. This can be formulated as the classical Optimal Decision Tree (ODT) problem: Given a set of tests, a set of hypotheses, and an outcome for each pair of test and hypothesis, our objective is to find a low-cost testing procedure (i.e., decision tree) that identifies the true hypothesis. This optimization problem has been extensively studied under the assumption that each test generates a deterministic outcome. However, in numerous applications, for example, clinical trials, the outcomes may be uncertain, which renders the ideas from the deterministic setting invalid. In this work, we study a fundamental variant of the ODT problem in which some test outcomes are noisy, even in the more general case where the noise is persistent, i.e., repeating a test gives the same noisy output. Our approximation algorithms provide guarantees that are nearly best possible and hold for the general case of a large number of noisy outcomes per test or per hypothesis where the performance degrades continuously with this number. We numerically evaluated our algorithms for identifying toxic chemicals and learning linear classifiers, and observed that our algorithms have costs very close to the information-theoretic minimum.


翻译:在基于池的主动学习中,学习器获得一个未标注数据集,旨在通过查询数据点的标签来高效学习未知假设。这可以形式化为经典的优化决策树(ODT)问题:给定一组测试、一组假设以及每对测试与假设的结果,我们的目标是找到一种低成本测试流程(即决策树)来识别真实假设。该优化问题在假设每个测试产生确定性结果的前提下已被广泛研究。然而,在众多应用场景中(例如临床试验),结果可能存在不确定性,这使得确定性情形下的方法不再适用。本研究探讨了ODT问题的一个基本变体,其中部分测试结果存在噪声,甚至考虑了更普遍的持久噪声情形(即重复测试会得到相同的噪声输出)。我们的近似算法提供了近乎最优的保证,并适用于每个测试或每个假设存在大量噪声结果的普遍情形,且算法性能随噪声数量连续退化。我们通过识别有毒化学物质和学习线性分类器对算法进行了数值评估,观察到算法成本非常接近信息论下限。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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