BIC 使用来自 scikit-learn 的 GaussianMixture 过度拟合图像分割模型中的组件数量

Posted 2023-03-12

【中文标题】BIC 使用来自 scikit-learn 的 GaussianMixture 过度拟合图像分割模型中的组件数量

【英文标题】：BIC is over-fitting the number of components in an image segmentation model using GaussianMixture from scikit-learn

【发布时间】：2017-11-06 11:54:38

【问题描述】：

我正在使用 GMM 对 800x800 像素和 4 个波段的高光谱图像数据进行分割/聚类。

我拍了一张照片并将 GMM 应用于像素聚类。 现在，在我目前的情况下，我很容易手动确定图像中有多少组件。 （草、水、岩石......等） 我已经从 n_components=3..8 对我的数据手动运行 GMM，并确定 5 个组件可能是模拟现实的最佳 n_components。

在未来的应用程序中，我需要能够自动识别我应该在 GMM 中使用的 n_components，因为无法手动确定。

因此，我决定使用 BIC 作为成本函数来确定要在模型中使用的正确 n_components。 我在测试数据上运行 BIC，我手动确定 n_components=5 最佳模型现实，发现 BIC 严重过度拟合我的数据。 这表明我尽可能多地使用组件。

newdata=img_data.reshape(800*800,4)
n_components = np.arange(1, 15)
BIC = np.zeros(n_components.shape)

for i, n in enumerate(n_components):
    gmm = GaussianMixture(n_components=n,
          covariance_type='tied')
    gmm.fit(newdata)

BIC[i] = gmm.bic(newdata)
plt.plot(BIC)

现在理想情况下，我希望我的 BIC 分数最小化为 5，但正如您在上面看到的那样，它看起来随着 n_components 不断下降。

有人知道这里会发生什么吗？也许我需要在使用 BIC 之前以某种方式平滑数据以减少噪音？还是我不正确地使用了 BIC 功能？

【参考方案1】：

所以经过一番谷歌搜索后，我决定对我的数组应用一个简单的高斯平滑滤波器，它似乎在我的 BIC 分数列表中产生了一个本地最小值，这是我所期望的 n_components。我编写了一个小脚本来挑选第一个本地最小值并将其用作我的 gmm 模型的参数。

newdata=img_data.reshape(800*800,4)
#Apply a Gaussian smoothing filter over a pixel neighborhood
newdata=sy.ndimage.filters.gaussian_filter(newdata,(1.5,1.5))
#Create the vector of n_components you wish to test using the BIC alogrithm
n_components = np.arange(1, 10)
#Create an empty vector in which to store BIC scores
BIC = np.zeros(n_components.shape)

for i, n in enumerate(n_components):
    #Fit gmm to data for each value in n_components vector
    gmm = GaussianMixture(n_components=n,
          covariance_type='tied')
    gmm.fit(newdata)
    #Store BIC scores in a list
    BIC[i] = gmm.bic(newdata)

#Plot resulting BIC list (Scores(n_components))
plt.plot(BIC)
plt.show()

BIC Scores With Smoothing