Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2022.11a
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pp.164-166
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2022
Long-tail problem은 class 별로 sample의 개수에 차이가 있어 성능에 안 좋은 영향을 미치는 것을 말한다. 본 논문에서는 cost-sensitive learning 중 Class-Balanced Loss를 이용해 성능을 개선하여 Long-tail problem을 해결하려고 한다. 먼저, balanced data set과 imbalanced data set의 성능 차이를 살펴보도록 할 것이다. 그 후, Class-Balanced Loss를 3가지 버전으로 이용해 그 성능을 측정하고 분석해 볼 것이다.
The traditional classification methods mostly assume that the data for class distribution is balanced, while imbalanced data is widely found in the real world. So it is important to solve the problem of classification with imbalanced data. In Mahalanobis-Taguchi system (MTS) algorithm, data classification model is constructed with the reference space and measurement reference scale which is come from a single normal group, and thus it is suitable to handle the imbalanced data problem. In this paper, an improved method of MTS-CBPSO is constructed by introducing the chaotic mapping and binary particle swarm optimization algorithm instead of orthogonal array and signal-to-noise ratio (SNR) to select the valid variables, in which G-means, F-measure, dimensionality reduction are regarded as the classification optimization target. This proposed method is also applied to the financial distress prediction of Chinese listed companies. Compared with the traditional MTS and the common classification methods such as SVM, C4.5, k-NN, it is showed that the MTS-CBPSO method has better result of prediction accuracy and dimensionality reduction.
Although Support Vector Machine(SVM) has been used in various fields such as bankruptcy prediction model, the hyperplane learned by SVM in class imbalance problem can be severely skewed toward minority class and has a negative impact on performance because the area of majority class is expanded while the area of minority class is invaded. This study proposed optimized uneven margin SVM(OPT-UMSVM) combining threshold moving or post scaling method with UMSVM to cope with the limitation of the traditional even margin SVM(EMSVM) in class imbalance problem. OPT-UMSVM readjusted the skewed hyperplane to the majority class and had better generation ability than EMSVM improving the sensitivity of minority class and calculating the optimized performance. To validate OPT-UMSVM, 10-fold cross validations were performed on five sub-datasets with different imbalance ratio values. Empirical results showed two main findings. First, UMSVM had a weak effect on improving the performance of EMSVM in balanced datasets, but it greatly outperformed EMSVM in severely imbalanced datasets. Second, compared to EMSVM and conventional UMSVM, OPT-UMSVM had better performance in both balanced and imbalanced datasets and showed a significant difference performance especially in severely imbalanced datasets.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.6
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pp.1063-1068
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2016
Anomalous propagation echo is a kind of abnormal radar signal occurred by irregularly refracted radar beam caused by temperature or humidity. The echo frequently appears in ground-based weather radar due to its observation principle and disturb weather forecasting process. In order to improve accuracy of weather forecasting, it is important to analyze radar data precisely. Therefore, there are several ongoing researches about identifying the anomalous propagation echo with data mining techniques. This paper conducts researches about implementation of classification method which can separate the anomalous propagation echo in the raw radar data using naive Bayes classifier with various kinds of observation results. Considering that collected data has a class imbalanced problem, this paper includes SMOTE method. It is confirmed that the fine classification results are derived by the suggested classifier with balanced dataset using actual appearance cases of the echo.
The hierarchically penalized support vector machine (H-SVM) has been developed to perform simultaneous classification and input variable selection when input variables are naturally grouped or generated by factors. However, the H-SVM may suffer from estimation inefficiency because it applies the same amount of shrinkage to each variable without assessing its relative importance. In addition, when analyzing imbalanced data with uneven class sizes, the classification accuracy of the H-SVM may drop significantly in predicting minority class because its classifiers are undesirably biased toward the majority class. To remedy such problems, we propose the weighted adaptive H-SVM (WAH-SVM) method, which uses a adaptive tuning parameters to improve the performance of variable selection and the weights to differentiate the misclassification of data points between classes. Numerical results are presented to demonstrate the competitive performance of the proposed WAH-SVM over existing SVM methods.
We call a data set in which the number of records belonging to a certain class far outnumbers the number of records belonging to the other class, 'imbalanced data set'. Most of the classification techniques perform poorly on imbalanced data sets. When we evaluate the performance of a certain classification technique, we need to measure not only 'accuracy' but also 'sensitivity' and 'specificity'. In a customer churn prediction problem, 'retention' records account for the majority class, and 'churn' records account for the minority class. Sensitivity measures the proportion of actual retentions which are correctly identified as such. Specificity measures the proportion of churns which are correctly identified as such. The poor performance of the classification techniques on imbalanced data sets is due to the low value of specificity. Many previous researches on imbalanced data sets employed 'oversampling' technique where members of the minority class are sampled more than those of the majority class in order to make a relatively balanced data set. When a classification model is constructed using this oversampled balanced data set, specificity can be improved but sensitivity will be decreased. In this research, we developed a hybrid model of support vector machine (SVM), artificial neural network (ANN) and decision tree, that improves specificity while maintaining sensitivity. We named this hybrid model 'hybrid SVM model.' The process of construction and prediction of our hybrid SVM model is as follows. By oversampling from the original imbalanced data set, a balanced data set is prepared. SVM_I model and ANN_I model are constructed using the imbalanced data set, and SVM_B model is constructed using the balanced data set. SVM_I model is superior in sensitivity and SVM_B model is superior in specificity. For a record on which both SVM_I model and SVM_B model make the same prediction, that prediction becomes the final solution. If they make different prediction, the final solution is determined by the discrimination rules obtained by ANN and decision tree. For a record on which SVM_I model and SVM_B model make different predictions, a decision tree model is constructed using ANN_I output value as input and actual retention or churn as target. We obtained the following two discrimination rules: 'IF ANN_I output value <0.285, THEN Final Solution = Retention' and 'IF ANN_I output value ${\geq}0.285$, THEN Final Solution = Churn.' The threshold 0.285 is the value optimized for the data used in this research. The result we present in this research is the structure or framework of our hybrid SVM model, not a specific threshold value such as 0.285. Therefore, the threshold value in the above discrimination rules can be changed to any value depending on the data. In order to evaluate the performance of our hybrid SVM model, we used the 'churn data set' in UCI Machine Learning Repository, that consists of 85% retention customers and 15% churn customers. Accuracy of the hybrid SVM model is 91.08% that is better than that of SVM_I model or SVM_B model. The points worth noticing here are its sensitivity, 95.02%, and specificity, 69.24%. The sensitivity of SVM_I model is 94.65%, and the specificity of SVM_B model is 67.00%. Therefore the hybrid SVM model developed in this research improves the specificity of SVM_B model while maintaining the sensitivity of SVM_I model.
For binary classification models, we consider a risk score that is a function of linear scores and estimate the coefficients of the linear scores. There are two estimation methods: one is to obtain MLEs using logistic models and the other is to estimate by maximizing AUC. AUC approach estimates are better than MLEs when using logistic models under a general situation which does not support logistic assumptions. This paper considers imbalanced data that contains a smaller number of observations in the default class than those in the non-default for credit assessment models; consequently, the AUC approach is applied to imbalanced data. Various logit link functions are used as a link function to generate imbalanced data. It is found that predicted coefficients obtained by the AUC approach are equivalent to (or better) than those from logistic models for low default probability - imbalanced data.
Text data is usually made up of a wide variety of unique words. Even in standard text data, it is common to find tens of thousands of different words. In text data analysis, usually, each unique word is treated as a variable. Thus, text data can be regarded as a dataset with a large number of variables. On the other hand, in text data classification, we often encounter class label imbalance problems. In the cases of substantial imbalances, the performance of conventional classification models can be severely degraded. To improve the classification performance of support vector machines (SVM) for imbalanced data, algorithms such as the Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE) can be used. The SMOTE algorithm synthetically generates new observations for the minority class based on the k-Nearest Neighbors (kNN) algorithm. However, in datasets with a large number of variables, such as text data, errors may accumulate. This can potentially impact the performance of the kNN algorithm. In this study, we propose a method for enhancing prediction performance for the minority class of imbalanced text data. Our approach involves employing variable selection to generate new synthetic observations in a reduced space, thereby improving the overall classification performance of SVM.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.24
no.3
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pp.281-292
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2021
With the development of deep learning technology, researchers and technicians keep attempting to apply deep learning in various industrial and academic fields, including the defense. Most of these attempts assume that the data are balanced. In reality, since lots of the data are imbalanced, the classifier is not properly built and the model's performance can be low. Therefore, this study proposes cost-sensitive learning as a solution to the imbalance data problem of image classification in the defense field. In the proposed model, cost-sensitive learning is a method of giving a high weight on the cost function of a minority class. The results of cost-sensitive based model shows the test F1-score is higher when cost-sensitive learning is applied than general learning's through 160 experiments using submarine/non-submarine dataset and warship/non-warship dataset. Furthermore, statistical tests are conducted and the results are shown significantly.
A class imbalance problem arises when one class outnumbers the other class by a large proportion in binary data. Studies such as transforming the learning data have been conducted to solve this imbalance problem. In this study, we compared resampling methods among methods to deal with an imbalance in the classification problem. We sought to find a way to more effectively detect the minority class in the data. Through simulation, a total of 20 methods of over-sampling, under-sampling, and combined method of over- and under-sampling were compared. The logistic regression, support vector machine, and random forest models, which are commonly used in classification problems, were used as classifiers. The simulation results showed that the random under sampling (RUS) method had the highest sensitivity with an accuracy over 0.5. The next most sensitive method was an over-sampling adaptive synthetic sampling approach. This revealed that the RUS method was suitable for finding minority class values. The results of applying to some real data sets were similar to those of the simulation.
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