A prezentáció témája a ShiftTree névre hallgató, egyedi, model alapú idősor-osztályozó. A ShiftTree az idősor-osztályozás problémájának egy egyedülálló, modell alapú megközelítése. Az elképzelés alapja, hogy minden idősorhoz egy szemet (kurzort) rendelünk, ami az időtengely egy adott pontjára mutat. Dinamikus attribútumokat hozunk létre úgy, hogy a következő két kérdésre válaszolunk: (1) Hová nézzünk az időtengelyen? (2) Mit nézzünk az adott pontban? Az első kérdésre adott válasz azt mondja meg, hogy hogyan mozgassuk a szemet az időtengely mentén. A második válasz pedig azt definiálja, hogy hogyan számoljuk ki a dinamikus attribútum értékét az adott pontban. Ezeket a dinamikus attribútumokat ezután egy bináris döntési fában használjuk fel. Ez a diasor az alap ShiftTree algoritmus továbbfejlesztéséről és kiegészítéséről szól. A prezentáció az M.Sc. diplomatervemhez, a védésére készült.

1. MODELL ALAPÚ IDŐSOR-
OSZTÁLYOZÓ FEJLESZTÉSE ÉS
KITERJESZTÉSE
Hidasi Balázs (hidasib@freemail.hu)
Konzulens: Gáspár-Papanek Csaba (gaspar@tmit.bme.hu)
2011. JÚNIUS 21, BUDAPEST

2. SHIFTTREE ALGORITMUS
 Idősor-osztályozó algoritmus
 Bináris döntési fa alap
 Dinamikusan előállított attribútumok
 Hol nézzük? (időtengely)
 Mit nézzünk? (számítások)
 Előnyök
 Modell alapúság előnyei Súlyozott átlag
 Értelmezhető
 Szakértői tudás nélkül is pontos
 Szakértői tudással pontosabbá tehető
 Hátrányok
 Modell alapúság hátrányai

3. MODELL ÉPÍTÉS IDEJÉNEK CSÖKKENTÉSE
 Tanítás során attribútum választás
 Célfüggvény minimalizálása
Célfüggvény érték
 Célfüggvény tulajdonságai
 Adott rendezés mellett minimumok csak az
egybefüggő intervallumok szélén lehetnek
 Minimum előre meghatározható
 Nem léphetünk ki minimumnál, de… 0
 Ha eléri, akkor csak 2-2 helyet kell vizsgálni a további rendezéseknél
 Jelentősen csökken a célfüggvény értékének
meghatározásának száma
 Futási idő átlagosan 22,33%-kal csökkent
 Pl.: FordB – 3636 tanítóminta:
 214,94s  173,52s (-19,27%)
 Pl.: CBF – 30 tanítóminta:
 0,246s  0,145s (-41,18%)
 Pl.: Beef – 30 tanítóminta
 0,574s  0,517s (-9,9%)

4. FEJLESZTÉSEK A PONTOSSÁG NÖVELÉSÉRE
 Operátorkészlet jelentős kibővítése
 Heurisztika egyezően jó attribútum jelöltek közüli
választásra
 Legyen maximális a határsáv
 Eltérő nagyságrendek miatt normalizálás
100%
90%
80%
Alap algoritmus
70%
Pontosság
60%
Bővített
50% operátorkészlet
40% Heurisztikával
30%
20% DTW 1-NN
10%
0%
Átlagos Nagy adatsorokra
 Nyesés
 Több módszer kipróbálása
 Romlott a pontosság
 Más módszerekhez viszont szükség van rájuk

5. MODELLEK KOMBINÁLÁSA
 Több modell építése
 Címkézésnél súlyozott szavazás
 Hatékony, ha a modellek önmagukban pontosak és az egyes
modellek eltérőek (más mintákat osztályoznak jól)
 Boosting
 Súlyok a tanítómintákhoz
 Felépített modell kiértékelése a tanítómintákon
 Modell súly
 Rosszul osztályozott tanítóminták relatív súlyának növelése (nyesés!)
 Klasszikus AdaBoost követelmény: pontosság a tanítómintán
minimum 50% (és kevesebb, mint 100%)
 SAMME: minimális pontosság követelmény csak 1/(osztályok
száma)
 XV
 Egyszerű kombinálás, keresztvalidáción alapul
 Tanítóhalmaz véletlenszerű szétbontása, csak egy részén
tanul, másik részén kiértékel
 Pontosság  modell súlya

6. KOMBINÁLT MODELLEK EREDMÉNYEI
 Boosting vagy XV?
 Bizonyos esetekben a boosting leáll
 „Tökéletes” modell a tanítóhalmazon
 Főleg kis tanítóminták mellett
 Ilyenkor az XV még segíthet
100% 93.32% 92.75% 93.65%
89.16%
90%
80%
70%
Pontosság
60% Egy modell
50% Boosting
40% XV
30% Kombinált
20%
10%
0%

7. OSZTÁLYOZÁSI KONFIDENCIA
 Mennyire biztos a modellünk a kimenetben
 Levél (csomópont) konfidencia
 Pl. többségi osztály aránya a levélben (nyesés!)
 Útvonal konfidencia
 Osztályozási útvonalon a konfidenciák (súlyozott) összegzése
 Egyfajta nyesési eljárás
 On-line tanulás (újratanulás)
 Teljes modellépítés helyett a modell kisméretű
megváltoztatása
 Útvonal konfidencia, mint dinamikus nyesés
75.00%  Arányok változásával változik a nyesés
74.00%
73.00%
Pontosság
72.00%
71.00%
70.00%
69.00%
68.00%
67.00%
66.00%
1 2 3 4 5 6 7 8
Iterációszám

8. ÖSSZEFOGLALÁS
 Modell alapú idősor-osztályozó döntési fa alapon
 Tanítás gyorsítása: -22% futási idő
 Pontosság növelése
 Új operátorok
 Attribútum választási heurisztika
 Kombinált modellek
 On-line tanulás teljes modellépítés helyett
 Útvonal konfidenciák használatával
 Fejlesztési lehetőségek
 Streamben jelfelismerés (csúszóablakos megoldás)
 Az elv alapján bármilyen félig-struktúrált/struktúrált
adat osztályozására kiterjeszthető
További ShiftTree-vel kapcsolatos kutatási anyagok az oldalamon: