Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.41
no.2
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pp.56-64
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2018
In recent years, imbalanced data is one of the most important and frequent issue for quality control in industrial field. As an example, defect rate has been drastically reduced thanks to highly developed technology and quality management, so that only few defective data can be obtained from production process. Therefore, quality classification should be performed under the condition that one class (defective dataset) is even smaller than the other class (good dataset). However, traditional multi-class classification methods are not appropriate to deal with such an imbalanced dataset, since they classify data from the difference between one class and the others that can hardly be found in imbalanced datasets. Thus, one-class classification that thoroughly learns patterns of target class is more suitable for imbalanced dataset since it only focuses on data in a target class. So far, several one-class classification methods such as one-class support vector machine, neural network and decision tree there have been suggested. One-class support vector machine and neural network can guarantee good classification rate, and decision tree can provide a set of rules that can be clearly interpreted. However, the classifiers obtained from the former two methods consist of complex mathematical functions and cannot be easily understood by users. In case of decision tree, the criterion for rule generation is ambiguous. Therefore, as an alternative, a new one-class classifier using hyper-rectangles was proposed, which performs precise classification compared to other methods and generates rules clearly understood by users as well. In this paper, we suggest an approach for improving the limitations of those previous one-class classification algorithms. Specifically, the suggested approach produces more improved one-class classifier using hyper-rectangles generated by using Gaussian function. The performance of the suggested algorithm is verified by a numerical experiment, which uses several datasets in UCI machine learning repository.
Pak, Sae-Rom;Kim, Jun Seok;Park, Cheong-Sool;Park, Seung Hwan;Baek, Jun-Geol
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.40
no.4
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pp.404-414
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2014
Yield prediction is important to manage semiconductor quality. Many researches with machine learning algorithms such as SVM (support vector machine) are conducted to predict yield precisely. However, yield prediction using SVM is hard because extremely imbalanced and big data are generated by final test procedure in semiconductor manufacturing process. Using SVM algorithm with imbalanced data sometimes cause unnecessary support vectors from major class because of unselected support vectors from minor class. So, decision boundary at target class can be overwhelmed by effect of observations in major class. For this reason, we propose a under-sampling method with minor class based SVM (MCSVM) which overcomes the limitations of ordinary SVM algorithm. MCSVM constructs the model that fixes some of data from minor class as support vectors, and they can be good samples representing the nature of target class. Several experimental studies with using the data sets from UCI and real manufacturing process represent that our proposed method performs better than existing sampling methods.
It has been an interesting challenge to find a good classifier for imbalanced data, since it is pervasive but a difficult problem to solve. However, classifiers developed with the assumption of well-balanced class distributions show poor classification performance for the imbalanced data. Among many approaches to the imbalanced data problems, the algorithmic level approach is attractive because it can be applied to the other approaches such as data level or ensemble approaches. Especially, the error back-propagation algorithm using the target node method, which can change the amount of weight-updating with regards to the target node of each class, attains good performances in the imbalanced data problems. In this paper, we analyze the relationship between two optimal outputs of neural network classifier trained with the target node method. Also, the optimal relationship is compared with those of the other error function methods such as mean-squared error and the n-th order extension of cross-entropy error. The analyses are verified through simulations on a thyroid data set.
Imbalanced data sets are difficult to be classified since most classifiers are developed based on the assumption that class distributions are well-balanced. In order to improve the error back-propagation algorithm for the classification of imbalanced data sets, a new error function is proposed. The error function controls weight-updating with regards to the classes in which the training samples are. This has the effect that samples in the minority class have a greater chance to be classified but samples in the majority class have a less chance to be classified. The proposed method is compared with the two-phase, threshold-moving, and target node methods through simulations in a mammography data set and the proposed method attains the best results.
There are many studies related to imbalanced data in which the class distribution is highly skewed. To address the problem of imbalanced data, previous studies deal with resampling techniques which correct the skewness of the class distribution in each sampled subset by using under-sampling, over-sampling or hybrid-sampling such as SMOTE. Ensemble methods have also alleviated the problem of class imbalanced data. In this paper, we compare around a dozen algorithms that combine the ensemble methods and resampling techniques based on simulated data sets generated by the Backbone model, which can handle the imbalance rate. The results on various real imbalanced data sets are also presented to compare the effectiveness of algorithms. As a result, we highly recommend the resampling technique combining ensemble methods for imbalanced data in which the proportion of the minority class is less than 10%. We also find that each ensemble method has a well-matched sampling technique. The algorithms which combine bagging or random forest ensembles with random undersampling tend to perform well; however, the boosting ensemble appears to perform better with over-sampling. All ensemble methods combined with SMOTE outperform in most situations.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.11
no.4
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pp.37-42
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2019
In this paper, we explore the details of three classic data augmentation methods and two generative model based oversampling methods. The three classic data augmentation methods are random sampling (RANDOM), Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE), and Adaptive Synthetic Sampling (ADASYN). The two generative model based oversampling methods are Conditional Generative Adversarial Network (CGAN) and Wasserstein Generative Adversarial Network (WGAN). In imbalanced data, the whole instances are divided into majority class and minority class, where majority class occupies most of the instances in the training set and minority class only includes a few instances. Generative models have their own advantages when they are used to generate more plausible samples referring to the distribution of the minority class. We also adopt CGAN to compare the data augmentation performance with other methods. The experimental results show that WGAN-based oversampling technique is more stable than other approaches (RANDOM, SMOTE, ADASYN and CGAN) even with the very limited training datasets. However, when the imbalanced ratio is too small, generative model based approaches cannot achieve satisfying performance than the conventional data augmentation techniques. These results suggest us one of future research directions.
Given class-imbalanced data in two-class classification problem, we often do over-sampling and/or under-sampling of training data to make it balanced. We investigate the validity of such practice. Also we study the effect of such sampling practice on boosting of classification trees. Through experiments on twelve real datasets it is observed that keeping the natural distribution of training data is the best way if you plan to apply boosting methods to class-imbalanced data.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.15
no.7
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pp.11-17
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2010
This paper proposes an improved SMO solving a quadratic optmization problem for class imbalanced learning. The SMO algorithm is aproporiate for solving the optimization problem of a support vector machine that assigns the different regularization values to the two classes, and the prosoposed SMO learning algorithm iterates the learning steps to find the current optimal solutions of only two Lagrange variables selected per class. The proposed algorithm is tested with the UCI benchmarking problems and compared to the experimental results of the SMO algorithm with the g-mean measure that considers class imbalanced distribution for gerneralization performance. In comparison to the SMO algorithm, the proposed algorithm is effective to improve the prediction rate of the minority class data and could shorthen the training time.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.8
no.7
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pp.311-316
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2019
Classification problem is to predict the class to which an input data belongs. One of the most popular methods to do this is training a machine learning algorithm using the given dataset. In this case, the dataset should have a well-balanced class distribution for the best performance. However, when the dataset has an imbalanced class distribution, its classification performance could be very poor. To overcome this problem, we propose an over-sampling scheme that balances the number of data by using Conditional Generative Adversarial Networks (CGAN). CGAN is a generative model developed from Generative Adversarial Networks (GAN), which can learn data characteristics and generate data that is similar to real data. Therefore, CGAN can generate data of a class which has a small number of data so that the problem induced by imbalanced class distribution can be mitigated, and classification performance can be improved. Experiments using actual collected data show that the over-sampling technique using CGAN is effective and that it is superior to existing over-sampling techniques.
The support vector machine (SVM) has been successfully applied to various classification areas with a high level of classification accuracy. However, it is infeasible to use the SVM in analyzing massive data because of its significant computational problems. When analyzing imbalanced data with different class sizes, furthermore, the classification accuracy of SVM in minority class may drop significantly because its classifier could be biased toward the majority class. To overcome such a problem, we propose the DOC-SVM method, which uses divide-oversampling and conquers techniques. The proposed DOC-SVM divides the majority class into a few subsets and applies an oversampling technique to the minority class in order to produce the balanced subsets. And then the DOC-SVM obtains the final classifier by aggregating all SVM classifiers obtained from the balanced subsets. Simulation studies are presented to demonstrate the satisfactory performance of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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