Участник:Vokov
Материал из MachineLearning.
Воронцов Константин Вячеславович
к.ф.-м.н.
Зам. директора по науке ЗАО Форексис.
Научный сотрудник Вычислительного центра РАН.
Зам. зав. каф. «Интеллектуальные системы» МФТИ.
Один из идеологов ресурса MachineLearning.RU. Считаю, что значительную часть научной работы можно вести, используя ресурс в качестве основного рабочего инструмента. Здесь можно жить — читать, писать, общаться, думать и вдохновляться. Чтобы эта мечта стала реальностью, идея должна быть поддержана научным сообществом, ресурс должен наполняться сообща.
Научные интересы
Всё, что скрывается за терминами «интеллектуальный анализ данных» (data mining) и «машинное обучение» (machine learning): распознавание образов, прогнозирование, математическая статистика, дискретная математика, численные методы оптимизации. Практический анализ данных в разнообразных областях (экономика, медицина, техника, интернет).
Теория обобщающей способности
Проблема обобщающей способности является ключевой и в то же время наиболее сложной в машинном обучении. Если алгоритм обучен по конечной выборке прецедентов, то как предсказать качество его работы на новых прецедентах? Почему это вообще возможно? Как надо обучать алгоритм, чтобы он редко ошибался на новых данных?
Активное исследование этих вопросов началось в конце 60-х, когда В.Н.Вапник и А.Я.Червоненкис предложили статистическую теорию восстановления зависимостей по эмпирическим данным. Они получили верхние оценки вероятности ошибок обученного алгоритма, позволившие обосновать давно замеченный эмпирический факт: по мере увеличения сложности используемого семейства алгоритмов качество обучения сначала улучшается, затем начинает ухудшаться. Ухудшение связано с эффектом переобучения: чрезмерно сложные алгоритмы имеют избыточное число свободных параметров; при обучении этих параметров по выборке алгоритм настраивается не только на восстановление зависимости, но и на воспроизведение разного рода погрешностей. Погрешности в реальных задачах всегда присутствуют: во-первых, это ошибки измерения (шум), во-вторых, что гораздо существеннее, это невязка между используемой моделью и неизвестной истинной зависимостью. В теории Вапника-Червоненкиса разработан метод структурной минимизации риска (СМР), позволяющий автоматически находить модель оптимальной сложности.
К сожалению, статистические оценки чрезвычайно сильно завышены. В методе СМР это часто влечет переупрощение модели. Несмотря на 40-летние усилия многих ученых, точные оценки качества обучения до сих пор не получены.
Основные направления исследований:
- комбинаторная теория обобщающей способности;
- уточнение оценок обобщающей способности для различных частных случаев;
- разработка новых алгоритмов обучения на их основе.
Ключевые слова: generalization ability, computational learning theory, Vapnik-Chervonenkis theory.
Комбинаторная статистика
Это направление логично вытекает из предыдущего и является его обобщением. Оказывается, многие фундаментальные факты теории вероятностей и математической статистики можно переформулировать и доказать, не опираясь на колмогоровскую аксиоматику, то есть не используя теорию меры, и даже не употребляя само понятие вероятности. В задачах анализа данных мы всегда имеем дело с выборками конечной длины. Поэтому естественно ставить вопрос не «какова вероятность события?», а «какой может быть частота этого события на скрытых (пока еще не известных) данных?». Ответы на эти два вопроса, вообще говоря, различны, причем на выборках малой длины различие существенно. Вероятность события — абстрактная идеализированная величина. Частота события — это как раз то, что реально измеряется в эксперименте. Именно ее и имеет смысл предсказывать.
Слабая вероятностная аксиоматика основана на одной единственной аксиоме: рассматривается конечная выборка неслучайных объектов, которые появляются в случайном порядке. Вероятность события определяется как доля перестановок выборки, при которых выполняется заданное условие.
В слабой аксиоматике удаётся переформулировать закон больших чисел, закон сходимости эмпирических распределений (критерий Смирнова), многие статические критерии, в первую очередь, ранговые критерии, теорию обобщающей способности, теорию информации. Во многих случаях получаемые оценки являются точными, т.е. не асимптотическими и не завышенными. Однако для их вычисления может потребоваться разработка специальных эффективных алгоритмов.
Основные направления исследований:
- выяснение границ применимости слабой вероятностной аксиоматики;
- точные (комбинаторные) статистические критерии;
- эффективные алгоритмы вычисления комбинаторных оценок.
Алгоритмические композиции
Алгоритмические композиции применяются в сложных задачах, когда имеющиеся базовые алгоритмы не дают желаемого качества обучения. В таких случаях строят композиции алгоритмов, стараясь, чтобы ошибки различных алгоритмов скомпенсировали друг друга.
Самый простой пример композиции — усреднение ответов, выдаваемых базовыми алгоритмами. Можно усреднять с весами. Можно выделять области компетентности различных алгоритмов, и в каждой области использовать свое распределение весов. Можно строить композиции алгоритмов с помощью нелинейных операций. Какой из этих методов лучше? В каких задачах? Как обучать базовые алгоритмы, учитывая, что они будут работать не по-отдельности, а в составе композиции? Можно ли приспособить для этого стандартные методы обучения? Как оценивать и целенаправленно улучшать обобщающую способность композиции? Как при этом сделать число алгоритмов в композиции поменьше?
Идея алгоритмических композиций была выдвинута в середине 70-х годов в работах академика РАН Ю.И.Журавлева. В зарубежных исследованиях это тема стала чрезвычайно популярной в 90-е годы, после изобретения алгоритмов бустинга, смесей экспертов и других композитных конструкций.
Основные направления исследований:
- разработка эффективных алгоритмов построения композиций;
- повышение обобщающей способности композиций;
- сравнительный анализ различных методов построения композиций.
Ключевые слова: multiple classifier systems, ensemble learning, classifier fusion, mixture of experts.
Анализ клиентских сред
Анализ клиентских сред (АКС) является относительно новой и быстро развивающейся областью интеллектуального анализа данных (data mining). В современном бизнесе чрезвычайно востребовано решение следующей задачи, точнее даже группы задач.
Имеется некоторый набор ресурсов (товаров, услуг, предметов) которыми пользуется огромное количество клиентов. Все действия пользователей протоколируются в электронном виде. Эти данные содержат ценнейшую информацию, необходимую для повышения качества оказываемых услуг, однако извлечь ее не так просто ввиду огромного объема данных. Какие ресурсы наиболее популярны, и среди каких групп клиентов? Возможно ли угадать интересы клиента и сформировать для него персональное предложение, от которого он с высокой вероятностью не откажется? Как выявить клиентов, собирающихся в ближайшее время отказаться от обслуживания? Эти и другие задачи решаются в системах управления взаимоотношениями с клиентами (client relationship management, CRM). Создание математического обеспечения для них является актуальной и наукоемкой задачей.
Один из типичных примеров клиентской среды — интернет-портал, предоставляющий доступ к большому количеству ресурсов, скажем, интернет-магазин или поисковый сервер. Технология АКС позволяет решать задачи персонализации контента — когда результаты поиска, информационные каталоги, предложения товаров и услуг, и т.д. выстраиваются в таком порядке, чтобы пользователю легче было находить информацию, необходимую именно ему, именно в данный момент.
Основные направления исследований:
- разработка эффективных алгоритмов АКС;
- решение задач персонализации контента;
- и других прикладных задач.
Ключевые слова: client relationship management, web mining, web usage mining, collaborative filtering.
Публикации
Учебные курсы
Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)
Софт
Библиотека деловой и научной графики. Удобный инструмент для аналитических исследований, генерации графиков в Internet, подготовки отчетов, выполнения курсовых и дипломных работ, встраивания графиков в приложения на Delphi и C#. Имеет собственный формат входных данных CHD (CHart Description), позволяющий описывать как таблицы данных, так и внешний вид графика. Поддерживается более 150 команд, более 50 свойств точек графика, имеется встроенный калькулятор арифметических выражений. Графики могут быть выведены в окно прикладной программы, на принтер, в буфер обмена, в файлы графических форматов BMP, EMF, PNG, JPEG, GIF. Имеется программа chdView.exe для просмотра CHD-файлов.
Внешние ссылки
Ссылки внутри MachineLearning.RU
Служебные страницы
- MachineLearning:Концепция ресурса
- MachineLearning:Инструктаж
- MachineLearning:ЧаВО
- MachineLearning:Публикации и библиографии
- MachineLearning:Вниманию участников
Шаблоны
Категории
- Категория:Машинное обучение и статья Машинное обучение
- Категория:Интеллектуальный анализ данных и статья Интеллектуальный анализ данных
- Категория:Научные направления
Планы по развитию MachineLearning.RU
Базовые понятия
- Объект = Прецедент
- Признак
- Признаковое описание
- Шкала измерения
- Обучение по прецедентам
- Обучение с учителем
- Обучение без учителя
- Выборка
- Обучающая выборка
- Алгоритм обучения
- Модель алгоритмов
- Корректный алгоритм
- Функция потерь
- Эмпирический риск = Минимизация эмпирического риска = ERM
- Максимум правдоподобия
Теория статистического обучения
- Теория статистического обучения
- Теория вычислительного обучения = COLT
- Контрольная выборка
- Тестовая выборка
- Эмпирическое предсказание
- Обобщающая способность = Переобучение = Переподгонка
- Уровень значимости
- Теория Вапника-Червоненкиса
- Структурная минимизация риска
- Минимум длины описания = MDL
- Переподгонка = переобучение = оверфиттинг
- Скользящий контроль = Кросс-валидация = CV
- Информационный критерий Акаике = Критерий Акаике = AIC
- Байесовский информационный критерий = BIC
Классификация, распознавание образов
- Категория:Классификация
- Классификация = Дискриминантный анализ
- Байесовский классификатор
- Наивный байесовский классификатор
- Байесовский вывод
- Байесовская сеть
- Линейный дискриминант Фишера
- Смесь вероятностных распределений
- EM-алгоритм
- Метод ближайшего соседа = kNN
- Метод потенциальных функций
- Метод радиальных базисных функций = Сеть радиальных базисных функций = RBF
- Метод парзеновского окна
- Гипотеза компактности
- Матрица расстояний
- Метрика = Функция расстояния = Сходство
- Проклятие размерности
- Машина опорных векторов = SVM
Нейронные сети
- Категория:Нейронные сети
- Нейронная сеть
- Персептрон
- Многослойный персептрон
- Метод стохастического градиента
- Метод обратного распространения ошибки = Backpropagation = Backprop
Логические алгоритмы классификации
- Логическая закономерность
- Статистическая закономерность
- Информативность
- Индукция правил
- Ассоциативные правила = правила ассоциации
- Решающий список
- Решающее дерево
- Дерево регрессии
- Критерий ветвления
- Решающий лес
- Редукция решающего дерева
- Алгоритм вычисления оценок
- Тестовый алгоритм
- Принцип частичной прецедентности
Кластерный анализ
- Категория:Кластеризация
- Кластеризация = Кластерный анализ
- Кластер
- Графовые алгоритмы кластеризации
- Статистические алгоритмы кластеризации
- Алгоритм ФОРЕЛЬ
- Алгоритм k средних = k-means
- Иерархическая кластеризация
- Таксономия
- Дендрограмма
- Нейронная сеть Кохонена
- Ансамбль кластеризаторов
- Многомерное шкалирование
- Карта сходства
- Сегментация
Корреляционный и регрессионный анализ
- Категория:Регрессия
- Регрессия = Регрессионный анализ
- Корреляция
- Ранговая корреляция
- Корреляционный анализ
- Метод наименьших квадратов
- Мультиколлинеарность
- Обобщенная линейная модель = GLM
- Коррелограмма
Прогнозирование
Сокращение размерности
- Категория:Сокращение размерности
- Селекция признаков
- Синтез признаков = Извлечение признаков
- Метод главных компонент
- Метод независимых компонент
- Метод группового учета аргументов = МГУА
- Самоорганизация моделей
- Внутренний критерий
- Внешний критерий
- Генетический алгоритм
- Эволюционный алгоритм
- Случайный поиск
- Стохастический локальный поиск
- Случайный поиск с адаптацией
- Локальный случайный поиск
- Комбинаторный взрыв
Алгоритмические композиции
- Категория:Композиции алгоритмов = Алгоритмические композиции
- Алгоритмическая композиция = Ансамбль алгоритмов
- Базовый алгоритм
- Метод комитетов
- Бустинг
- Бэггинг
- Смесь экспертов
- Область компетентности
- Алгебраический подход к проблеме распознавания
- Теория универсальных и локальных ограничений
- Алгоритмический оператор
- Корректирующая операция
- Решающее правило
Предварительный анализ данных
- Предварительный анализ данных = Разведочный анализ данных
- Нормальзация данных
- Визуализация данных
- Понимание данных
Интеллектуальный анализ данных
- Категория:Интеллектуальный анализ данных
- Интеллектуальный анализ данных = Data Mining
- Анализ текста = Text Mining
- Анализ веба = Web Mining
- Анализ контента = Web Content Mining
- Анализ структуры веба = Web Structure Mining
- Анализ посещаемости = Web Usage Mining
- Коллаборативная фильтрация
- Анализ клиентских сред
- Анализ рыночных корзин
Теории, научные школы
Прикладные задачи интеллектуального анализа данных
- Медицинская диагностика
- Дифференциальная диагностика
- Кредитный скоринг
- Предсказание ухода клиентов
- Обнаружение мошенничества
- Прогнозирование продаж
- Персонализация