用于不平衡多类多标签分类的神经网络

Posted 2023-03-13

【中文标题】用于不平衡多类多标签分类的神经网络

【英文标题】：Neural Network for Imbalanced Multi-Class Multi-Label Classification

【发布时间】：2017-08-26 10:22:54

【问题描述】：

如何处理训练神经网络时结果不平衡的多标签分类？我遇到的解决方案之一是惩罚稀有标记类的错误。这是我设计网络的方式：

类数：100。输入层、第 1 隐藏层和第 2 层 (100) 使用 drop-outs 和 ReLU 完全连接。第二个隐藏层的输出是py_x。

cost = tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(logits=py_x, labels=Y))

其中 Y 是 one-hot-encoding 的修改版本，为样本的所有标签设置了 1 到 5 之间的值。对于最常见的标签，该值约为 1，对于最稀有的标签，该值约为 5。该值不是离散的，即在 one-hot-encoding 中为标签设置的新值基于公式

= 1 + 4*(1-(percentage of label/100))

例如： 将被转换为 之类的东西。注意：只有原始向量中的 1 值被更改。

这样，如果模型错误地预测了一个稀有标签，它的误差会很高，例如：0.0001 - 5 = -4.9999，与非常频繁的标签的错误标签相比，这将反向传播更大的误差。

这是正确的惩罚方式吗？有没有更好的方法来处理这个问题？

【参考方案1】：

让我们以一般形式回答您的问题。您面临的是班级不平衡问题，有很多方法可以解决这个问题。常见的方式有：

数据集重采样：通过更改数据集大小使类平衡。 例如，如果您有 5 个目标类（A 类到 E 类），A、B、C 和 D 类各有 1000 个示例，E 类有 10 个示例，您可以简单地从 E 类中添加 990 个示例（只需复制它或复制和一些噪音）。 成本敏感建模：更改不同类别的重要性（权重）。 这是您在代码中使用的方法，您将类的重要性（权重）最多增加了 5 倍。

回到您的问题，第一个解决方案与您的模型无关。您只需要检查您是否能够更改数据集（将更多样本添加到样本较少的类中，或者从具有大量样本的类中删除样本）。对于第二种解决方案，由于您使用的是神经网络，因此您必须更改损失函数公式。您可以定义多个超参数（类权重或重要性）并训练您的模型并查看哪一组参数效果更好。

所以要回答您的问题，是的，这是一种正确的惩罚方法，但也许您可以通过尝试不同的权重（而不是示例中的 5）来获得更好的准确性。此外，您可能想尝试数据集重采样。

更多信息可以参考this link。