Feature extraction and selection at the presence of nonlinear dependencies among the data is a fundamental challenge in unsupervised learning. We propose using a Gram-Schmidt (GS) type orthogonalization process over function spaces to detect and map out such dependencies. Specifically, by applying the GS process over some family of functions, we construct a series of covariance matrices that can either be used to identify new large-variance directions, or to remove those dependencies from known directions. In the former case, we provide information-theoretic guarantees in terms of entropy reduction. In the latter, we provide precise conditions by which the chosen function family eliminates existing redundancy in the data. Each approach provides both a feature extraction and a feature selection algorithm. Our feature extraction methods are linear, and can be seen as natural generalization of principal component analysis (PCA). We provide experimental results for synthetic and real-world benchmark datasets which show superior performance over state-of-the-art (linear) feature extraction and selection algorithms. Surprisingly, our linear feature extraction algorithms are comparable and often outperform several important nonlinear feature extraction methods such as autoencoders, kernel PCA, and UMAP. Furthermore, one of our feature selection algorithms strictly generalizes a recent Fourier-based feature selection mechanism (Heidari et al., IEEE Transactions on Information Theory, 2022), yet at significantly reduced complexity.


翻译:数据间存在非线性依赖时的特征提取与选择是无监督学习中的基础性挑战。我们提出在函数空间上采用Gram-Schmidt(GS)型正交化过程来检测并映射此类依赖关系。具体而言,通过对某函数族应用GS过程,我们构建了一系列协方差矩阵,这些矩阵既可用于识别新的高方差方向,也可用于从已知方向中移除这些依赖关系。在前一种情况下,我们提供了熵减少意义上的信息理论保证;在后一种情况下,我们给出了所选函数族消除数据中现有冗余的精确条件。每种方法都同时提供了特征提取算法和特征选择算法。我们的特征提取方法是线性的,可视为主成分分析(PCA)的自然推广。我们在合成数据集和真实世界基准数据集上的实验结果表明,该方法优于当前最先进的(线性)特征提取与选择算法。令人惊讶的是,我们的线性特征提取算法与自编码器、核PCA、UMAP等重要非线性特征提取方法相比具有相当甚至更优的性能。此外,我们提出的某个特征选择算法严格推广了近期基于傅里叶的特征选择机制(Heidari等人,IEEE信息论汇刊,2022),且计算复杂度显著降低。

0
下载
关闭预览

相关内容

特征提取是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息,决定每个图像的点是否属于一个图像特征。 特征被检测后它可以从图像中被抽取出来。这个过程可能需要许多图像处理的计算机。其结果被称为特征描述或者特征向量。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
0+阅读 · 27分钟前
多智能体协作机制
专知会员服务
0+阅读 · 31分钟前
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
8+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员