HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Σχετικά έγγραφα
HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Πανεπιστήµιο Κύπρου Πολυτεχνική Σχολή

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων. Διαλέξεις 15-16

Εκτιμητές Μεγίστης Πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood Estimators MLE)

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων. Διάλεξη 2

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Εφαρμοσμένη Στατιστική

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Lecture Notes for Chapter 5. (cont.)

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων. Διαλέξεις 13-14

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Πανεπιστήμιο Κύπρου Πολυτεχνική Σχολή

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Μέρος V. Ανάλυση Παλινδρόμηση (Regression Analysis)

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Τεχνητή Νοημοσύνη. 18η διάλεξη ( ) Ίων Ανδρουτσόπουλος.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

ΕΚΤΙΜΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΦΑΝΕΙΑΣ

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Μάθηση Λανθανόντων Μοντέλων με Μερικώς Επισημειωμένα Δεδομένα (Learning Aspect Models with Partially Labeled Data) Αναστασία Κριθαρά.

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων. Διαλέξεις 9-10

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

Πολλαπλή παλινδρόμηση (Multivariate regression)

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

Μπεϋζιανή Στατιστική και MCMC Μέρος 2 ο : MCMC

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Το μοντέλο Perceptron

Περιεχόμενα. 2.1 Εισαγωγή Προγενέστερη έρευνα Ανάπτυξη υποδειγμάτων παραποίησης Πρόλογος... 11

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Αναγνώριση Προτύπων Ι

Αναγνώριση Προτύπων. Baysian Θεωρία Αποφάσεων ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΡΗΤΙΚΟΥ ΚΑΤΕΡΙΝΑ NΙΚΑΚΗ ΚΑΤΕΡΙΝΑ NΙΚΟΛΑΪΔΟΥ ΧΡΥΣΑ

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΠΡΟΤΥΠΩΝ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Γραμμικές Συναρτήσεις Διάκρισης. ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Βλάμος Π. Αυλωνίτης Μ. ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων. Διαλέξεις 17-18

ΘΕΩΡΙΑ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ 3 ο ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Αναγνώριση Προτύπων. Εκτίμηση Παραμέτρων (Parameter Estimation)

Parameter Estimation Fitting Probability Distributions Bayesian Approach

Στατιστική λήψη αποφάσεων

Δρ. Βασίλειος Γ. Καμπουρλάζος Δρ. Ανέστης Γ. Χατζημιχαηλίδης

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Εφαρμογές μεθοδολογιών μηχανικής εκμάθησης στο χώρο της παραγωγής υδρογονανθράκων. Βασίλης Γαγάνης

Αναγνώριση Προτύπων (Pattern Recognition) Εκτίµηση Παραµέτρων (Parameter Estimation) Π. Τσακαλίδης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

Αναγνώριση Προτύπων (Pattern Recognition) Μπεϋζιανή Θεωρία Αποφάσεων (Bayesian Decision Theory) Π. Τσακαλίδης

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Βέλτιστος Δέκτης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 7. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγικές Έννοιες 13

The Equivalence Theorem in Optimal Design

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Αναγνώριση Προτύπων. Non Parametric

Συστήµατα Μη-Γραµµικών Εξισώσεων Μέθοδος Newton-Raphson

Σέργιος Θεοδωρίδης Κωνσταντίνος Κουτρούμπας. Version 2

Στατιστική Συμπερασματολογία

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΩΝ ΓΝΩΣΕΩΝ: ΕΚΤΙΜΗΤΕΣ

Διάλεξη 1: Στατιστική Συμπερασματολογία - Εκτίμηση Σημείου

Μπεϋζιανή Στατιστική και MCMC Μέρος 2 ο : MCMC

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Δρ. Βασίλειος Γ. Καμπουρλάζος Δρ. Ανέστης Γ. Χατζημιχαηλίδης

Εκπαίδευση ΤΝΔ με ελαχιστοποίηση του τετραγωνικού σφάλματος εκπαίδευσης. "Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα" (Διαφάνειες), Α. Λύκας, Παν.

και y και κατά συνέπεια SST=SSE. Μονάδες 2.5 (i) Δείξτε ότι το άθροισμα τετραγώνων λόγω παλινδρόμησης είναι SSR=y'(H- J

Μέθοδοι Μηχανών Μάθησης για Ευφυή Αναγνώριση και ιάγνωση Ιατρικών εδοµένων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΤΜΗΜΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ Εξετάσεις περιόδου στο μάθημα ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΗΣΗΣ

7. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΊΑ ΣΗΜΆΤΩΝ

Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση και Συσχέτιση 19/5/2017

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 2: Ανάλυση Παλινδρόμησης. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

Θεωρία Λήψης Αποφάσεων

Πρόλογος... xv. Κεφάλαιο 1. Εισαγωγικές Έννοιες... 1

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Ακαδημαϊκό Έτος , Χειμερινό Εξάμηνο Διδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. ΠΡΟΛΟΓΟΣ... vii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... ix ΓΕΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... xv. Κεφάλαιο 1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ Ι ΜΕΡΟΣ Α (Σ. ΧΑΤΖΗΣΠΥΡΟΣ) . Δείξτε ότι η στατιστική συνάρτηση T = X( n)

Kruskal-Wallis H

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΔΕΣΜΕΥΜΕΝΗ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ, ΟΛΙΚΗ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΩΡΗΜΑ BAYES, ΑΝΕΞΑΡΤΗΣΙΑ ΚΑΙ ΣΥΝΑΦΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 71

ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΝΟΡΘΩΣΕΩΝ

ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΙΣΗ

Outline. Detection Theory. Background. Background (Cont.)

Συνοπτικά περιεχόμενα

Στατιστική Συμπερασματολογία

4.3. Γραµµικοί ταξινοµητές

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΜΑΘΗΜΑ 8ο

y(k) + a 1 y(k 1) = b 1 u(k 1), (1) website:

Transcript:

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων Επανάληψη

Expectatio maximizatio for Gaussia mixtures. Αρχικοποιούμε τις άγνωστες παραμέτρους µ k, Σ k και π k 2. Υπολογίσμος των resposibilitiesγ(z k : γ ( z = k π ( x µ ˆ, Σˆ K j= k k k π ( x µ ˆ, Σˆ j j j 3. Ενημέρωση των παραμέτρων: ew k = γ zk k = γ zk k = = ew ew ew k γ ( zk ( x µ k ( x µ k k = µ ( x όπου ( Σ = ew π k = k 4. Υπολογισμός του log-likelihood Μ-step 5. Έλεγχος σύγκλισης

Ασχοληθήκαμε με δύο κατηγορίες μεθόδων αναγνώρισης προτύπων Ταξινόμηση και Παλινδρόμηση Και για τους δύο τύπους προβλημάτων ακολουθήσαμε παρόμοια γενική διαδικασία. Προεπεξεργασία: Συνήθως αναφέρεται σε βελτίωση (π.χ. φιλτράρισμα των αρχικών μας δεδομένων 2. Η επιλογή ενός κατάλληλου διάνυσματος χαρακτηριστικών (feature vector x= εξαιρετικά σημαντική! [,..., ] x x Επιλογή/ δημιουργία χαρακτηριστικών (feature selectio/ geeratio 3. Επιλογή μοντέλου/ ταξινομητήy(x,θ: Ποιος τύπος μοντέλου είναι πιο κατάλληλος για το πρόβλημά μας? είναι 4. Εκπαίδευση μοντέλου/ ταξινομητή βάσει των δεδομένων 5. Επικύρωση μοντέλου/ ταξινομητή -testig/validatio phase Συλλογή δεδομένων Προεπεξεργασία δεδομένων Επιλογή χαρακτηριστικών Επιλογή μοντέλου/ ταξινομητή Εκπαίδευση μοντέλου/ταξινομητή Επικύρωση μοντέλου/ταξινομητή

Ο κανόνας του Bayes Κεντρικός ρόλος σε προβλήματα ταξινόμησης και παλινδρόμησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους: Posterior = (likelihood prior/ (ormalizig costat Εκτίμηση της πιθανότητας ενός γεγονότος Εκτίμηση της πιθανότητας Εκτίμησητης τιμής των παραμέτρων wενός μοντέλου y(x,w από τα δεδομένα D: Maximum likelihood estimatio μεγιστοποίηση της πιθανοφάνειας p(d w ως προς w Maximum a posteriori estimatio: Μεγιστοποίηση της εκ των υστέρων (posterior πιθανότητας, δηλ. του p(d wp(w Fully Bayesia: Εκτίμηση της εκ των υστέρων κατανομής των παραμέτρων p(w D

Επιλογή/ δημιουργία χαρακτηριστικών Επιβλεπόμενες μέθοδοι Μη επιβλεπόμενες μέθοδοι Fisher s liear discrimiat Επιλογή μοντέλου (επικύρωση/ κανονικοποίηση Pricipal compoet aalysis Παλινδρόμηση Γραμμική Μη γραμμική Ελάχιστα τετράγωνα, MAP/ regularizatio, Bayesia liear regressio, support vector machie regressio eural etworks

Ταξινόμηση Διαθέσιμη πληροφορία Πλήρης Ελλειπής BayesDecisio heory Επιβλεπόμενη μάθηση Μη επιβλεπόμενη μάθηση Συνθετικές μέθοδοι (geerative Διαχωριστικές μέθοδοι (discrimiative Παραμετρικές μέθοδοι Μη παραμετρικές μέθοδοι Γραμμικές διαχωριστικές συναρτήσεις Μη γραμμικές διαχωριστικές συναρτήσεις Παραμετρικές μέθοδοι Μη παραμετρικές μέθοδοι Εκτίμηση παραμέτρων (ML, MAP, Bayes Desity estimatio (Parze widows K-earest eighbors Least squares, logistic regressio, perceptro, support vector machies eural etworks, Kerel perceptro, Kerel support vector machies Mixture models EM algorithm Cluster Aalysis (Κ meas

Επιλογή/ δημιουργία χαρακτηριστικών Fisher s liear discrimiat y Τ =w x s + s =w S w 2 2 Τ 2 W ( 2 2 ( m2 m = Τ 2 Τ Τ = S B w m w m w w Γενίκευση και σε Κ κλάσεις Pricipal compoet aalysis ( x x( x x = S=

Bayes Decisio heory Αν τα class-coditioal desities είναι γνωστά η απόφαση με βάση τον κανόνα του Bayes δίνει το ελάχιστο σφάλμα λάθος ταξινόμησης Ταξινόμηση τυχαίων μεταβλητών: p( x Ci ~ ( µ i, Σi g ( x = l p( x C + l pc ( i i i D = Σ Σ + 2 2 2 Τ ( x µ i i ( x µ i l(2 π l i l PC ( i

Geerative models - Παραμετρικές μέθοδοι Σκοπός η εκτίμηση παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τα class-coditioal desities Διακριτές και συνεχείς μεταβλητές Maximum likelihood, Maximum a posteriori, Bayesia Πχ κανονική κατανομή- ML Μονοδιάστατη περίπτωση Πολυδιάστατη περίπτωση Bayes για άγνωστο και cojugate prior

Geerative models - Μη Παραμετρικές μέθοδοι Εμπειρική συνάρτηση κατανομής πιθανότητας Ιστόγραμμα Κ σταθερό, V από δεδομένα: K earest eighbors algorithm V σταθερό, Κ από τα δεδομένα: Εκτίμηση πυκνότητας με πυρήνα (kerel desity estimatio k-νν απευθείας ταξινόμηση

Γενική μορφή: Γραμμική παλινδρόμηση Least squares/ maximum likelihood (Gaussia errors ˆ LS Τ ( Τ w = Φ Φ Φ t= Φt Κανονικοποίηση Γενικά: Bayesia regressio Cojugate prior p( w t p( t w p( w

Γραμμική παλινδρόμηση Επιλογή μοντέλου Δεδομένα επικύρωσης, κανονικοποίηση (επιλογή λ από δεδομένα επικύρωσης, model evidece,

Discrimiative models Liear case Τ Δύο κλάσεις g( x = w x+ w0 Κ κλάσεις gk ( x = wkx+ wk 0 Εύρεση του διανύσματος w Least squares Για δυαδική μεταβλητή εξόδου (κακή επιλογή ( + WLS = X X X = X Εναλλακτικά margis (καλύτερη επιλογή wls = ( X X X b= Xb Γραμμικά διαχωρίσιμα δεδομένα wτ.ω. αν w x>0αν x C,w x<0αν x C 2 Θέτοντας -x x C 2 w: w x>0 x w x>b(b: margi w( k+ = w( k k ( J ( w ewto-raphsoupdate: w( k+ = w( k H J Xw= b

Perceptroalgorithm: μόνο τα λάθος ταξινομημένα δείγματα αλλάζουν τις τιμές του w Criterio fuctio JP ( w = ( w x M Batch traiig w( k+ = w( k + k ( x Sigle sample traiig w ( = αυθαίρετο Για περιθώριο b Discrimiative models Liear case M w( k+ = w( k + x k, k w( = αυθαίρετο k w( k+ = w( k + k ( x, k Τ k όπου w ( k x b Εναλλακτικές συναρτήσεις κριτηρίου (μη μηδενική Hessia J q = ( w ( w x M 2 J r 2 ( b ( w = w x M: w x 2 b 2 M x

Discrimiative models Liear case Logistic regressio (geeralized liear discrimiative model 2 κλάσεις y= g( w x+ w σ ( w x+ w = pc ( x = σ ( a 0 0 w x + w = a= 0 p( x C pc ( l p ( x C2 pc ( 2 Κ κλάσεις g k ( w x ( + w0 = pck x = j exp( αk exp( α j

Discrimiative ad regressio models oliear case eural etworks M D (2 ( yk = g wkj h wjixi k =, 2,..., K j= 0 i= 0 g ( a 0, a< 0 =, a 0 a a e e tah( a = = 2 σ ( a a a e + e Συναρτήσεις σφάλματος Regressio 2 class classificatio = { } E( w = t l y + ( t l( y K class classificatio Εκπαίδευση: backpropagatio

Kerels Support vector machies Kerels ad support vector machies k( xx, ' = ϕ ( x ϕ( x' = ϕ( x, ϕ( x' ( k ( xx, ' = x x' = x x ' k ( xx, ' = exp( x x ' 2 M 2 ( x x k( xx, ' = tah a ' + b Τ arg maxw, b mi t( w x+ b w M ( 2 arg miw w 2 subject to t ( w Τ x + b =,2,..., Κλάση Κλάση 2 Κλάση Κλάση 2 x = Support Vectors 2 L( w, b, a = w a( t( w Τ x+ b, a= ( a, a2,..., a 2

KK coditios Τ t ( w x + b 0 =, 2,..., a 0 Τ ( w x a t ( + b =0 Dual problem Support vector machies L( w, b, a L( w, b, a = 0 w= atx, = 0 0= w Lɶ ( a = a aa tt = 2 = m= = b = x x m m m Lɶ ( a = a aa tt k( x, x m m m = 2 = m= a = at 0 at = 0 Support Vectors Κλάση Κλάση 2

0 αν y( x t < ε SVMs for regressio Eε ( y( x t = y( x t - ε αλλιώς Συνάρτηση σφάλματος: C Eε ( y( x t + 2 = ξ > 0 αν t > y( x + ε ˆ ξ > 0 αν t < y ( x ε Support vector machies Πρόβλημα βελτιστοποίησης: 2 miimize C ( ˆ s.t., ˆ ξ+ ξ + w ξ ξ 0 ad 2 Lagragia = w t y( x + ε+ ξ t ( ˆ y x ε ξ 2 L= C ( ξ + ˆ ξ + w ( µ ξ + ˆ µ ˆ ξ = 2 = ( ε ξ ( x ˆ ( ˆ ε ξ ( x a + + y t a + y + t = = 2

Usupervised learig Εύρεση συνόλου διανυσμάτων µ k όπουk=,2,,k και την αντιστοιχία κάθε προτύπου σε μια από τις ομάδες r k ={0,}(r k =αν το σημείο x ανατεθεί στην κλάση k:. Αρχικοποίηση µ k 2. Ελαχιστοποίηση J ως προς r k 3. ΕλαχιστοποίησηJ ως προς µ k EM for Gaussia mixtures