Datawhale 零基础入门CV赛事-Task5 模型集成

在机器学习中的集成学习可以在一定程度上提高预测精度。

1、集成学习方法

常见的集成学习方法有Stacking、Bagging和Boosting。
Boosting,Boosting和Bagging之间最本质的区别在于,boosting并不会同等的对待基础模型,而是通过连续的测试和筛选来选择“精英”。表现良好的模型对投票的权重更大,而表现较差的模型的权重更小,然后将所有的投票组合得到最终结果。在大多数情况下,boosting后结果的偏差会变小。例如,Adaboost和Gradient boost是boosting方法中最常用的模型。
Stacking,对基础模型的结果进行平均或投票相对简单,但是学习误差可能很大,因此创建了Stacking。Stacking策略不是对模型的结果进行简单的逻辑处理,而是在模型外增加一层。因此,我们总共有两层模型,即通过预测训练集建立第一层模型,然后将训练集预测模型的结果作为输入,再对第二层新模型进行训练,得到最终结果。基本上,Stacking可以减少方差或bagging/boosting的偏差。
Bagging,即Bootstrapping aggregation,其思想是在随机不同版本的训练数据上训练许多基础模型。每个模型拥有一票表决权,并且无论预测准确度如何,都做相同的处理,然后对预测变量进行汇总以得出最终结果。在大多数情况下,Bagging后结果的方差会变小。例如,随机森林是Bagging方法中最著名的模型,它将决策树与Bagging理念结合在一起。

作者:QAQAL
链接:https://www.jianshu.com/p/ecae3143a561
来源:简书
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由于深度学习模型一般需要较长的训练周期,如果硬件设备不允许建议选取留出法,如果需要追求精度可以使用交叉验证的方法。

2、深度学习中的集成学习

(看的论坛老师的。)
Dropout:
Dropout可以作为训练深度神经网络的一种技巧。在每个训练批次中,通过随机让一部分的节点停止工作。同时在预测的过程中让所有的节点都其作用。
加入Dropout后的网络结构如下:

# 定义模型
class SVHN_Model1(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SVHN_Model1, self).__init__()
        # CNN提取特征模块
        self.cnn = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(),
            nn.Dropout(0.25),
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(), 
            nn.Dropout(0.25),
            nn.MaxPool2d(2),
        )
         # 
        self.fc1 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc2 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc3 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc4 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc5 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc6 = nn.Linear(32*3*7, 11)
    
    def forward(self, img):        
        feat = self.cnn(img)
        feat = feat.view(feat.shape[0], -1)
        c1 = self.fc1(feat)
        c2 = self.fc2(feat)
        c3 = self.fc3(feat)
        c4 = self.fc4(feat)
        c5 = self.fc5(feat)
        c6 = self.fc6(feat)
        return c1, c2, c3, c4, c5, c6
       

TTA:
测试集数据扩增(Test Time Augmentation,简称TTA)也是常用的集成学习技巧,数据扩增不仅可以在训练时候用,而且可以同样在预测时候进行数据扩增,对同一个样本预测三次,然后对三次结果进行平均。
Datawhale 零基础入门CV赛事-Task5 模型集成_第1张图片

def predict(test_loader, model, tta=10):
    model.eval()
    test_pred_tta = None
    # TTA 次数
    for _ in range(tta):
        test_pred = []
        
	with torch.no_grad():
	            for i, (input, target) in enumerate(test_loader):
	                c0, c1, c2, c3, c4, c5 = model(data[0])
	                output = np.concatenate([c0.data.numpy(), c1.data.numpy(),
	                   c2.data.numpy(), c3.data.numpy(),
	                   c4.data.numpy(), c5.data.numpy()], axis=1)
	                test_pred.append(output)

	test_pred = np.vstack(test_pred)
        if test_pred_tta is None:
            test_pred_tta = test_pred
        else:
            test_pred_tta += test_pred
    
    return test_pred_tta
	```
	

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