Ensemble learning is a method that leverages weak learners to produce a strong learner. However, obtaining a large number of base learners requires substantial time and computational resources. Therefore, it is meaningful to study how to achieve the performance typically obtained with many base learners using only a few. We argue that to achieve this, it is essential to enhance both classification performance and generalization ability during the ensemble process. To increase model accuracy, each weak base learner needs to be more efficiently integrated. It is observed that different base learners exhibit varying levels of accuracy in predicting different classes. To capitalize on this, we introduce confidence tensors $\tilde{\mathbf{\Theta}}$ and $\tilde{\mathbf{\Theta}}_{rst}$ signifies the degree of confidence that the $t$-th base classifier assigns the sample to class $r$ while it actually belongs to class $s$. To the best of our knowledge, this is the first time an evaluation of the performance of base classifiers across different classes has been proposed. The proposed confidence tensor compensates for the strengths and weaknesses of each base classifier in different classes, enabling the method to achieve superior results with a smaller number of base learners. To enhance generalization performance, we design a smooth and convex objective function that leverages the concept of margin, making the strong learner more discriminative. Furthermore, it is proved that in gradient matrix of the loss function, the sum of each column's elements is zero, allowing us to solve a constrained optimization problem using gradient-based methods. We then compare our algorithm with random forests of ten times the size and other classical methods across numerous datasets, demonstrating the superiority of our approach.


翻译:集成学习是一种利用弱学习器生成强学习器的方法。然而,获取大量基学习器需要大量时间和计算资源。因此,研究如何仅用少量基学习器达到通常需要大量基学习器才能获得的性能具有重要意义。我们认为,要实现这一目标,必须在集成过程中同时提升分类性能和泛化能力。为提高模型精度,需要更高效地整合每个弱基学习器。我们观察到,不同的基学习器在预测不同类别时表现出不同的准确度。为利用这一特性,我们引入了置信度张量 $\tilde{\mathbf{\Theta}}$,其中 $\tilde{\mathbf{\Theta}}_{rst}$ 表示第 $t$ 个基分类器将实际属于类别 $s$ 的样本预测为类别 $r$ 的置信程度。据我们所知,这是首次提出对基分类器在不同类别上的性能进行评估的方法。所提出的置信度张量能够补偿每个基分类器在不同类别上的优势与不足,从而使该方法能够以更少的基学习器数量取得更优的结果。为提升泛化性能,我们设计了一个平滑且凸的目标函数,该函数利用了间隔的概念,使得强学习器更具判别性。此外,我们证明了损失函数的梯度矩阵中,每列元素之和为零,这使得我们可以使用基于梯度的方法求解约束优化问题。随后,我们在多个数据集上将我们的算法与规模为其十倍的随机森林及其他经典方法进行了比较,结果证明了我们方法的优越性。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
47+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
Arxiv
25+阅读 · 2018年1月24日
VIP会员
最新内容
《美陆军条例:陆军指挥政策(2026版)》
专知会员服务
1+阅读 · 11分钟前
《军用自主人工智能系统的治理与安全》
专知会员服务
1+阅读 · 19分钟前
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
7+阅读 · 4月20日
高效视频扩散模型:进展与挑战
专知会员服务
2+阅读 · 4月20日
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
7+阅读 · 4月20日
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
5+阅读 · 4月20日
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
5+阅读 · 4月20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
47+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员