簡潔なワークフローを使用した分類用のインクリメンタル学習の実装

この例では、簡潔なワークフローを使用して、逐次予測評価を伴うバイナリ分類用のインクリメンタル学習を実装する方法を示します。この例は、具体的に次のことを行います。

バイナリ分類用の既定のインクリメンタル学習モデルを作成します。
観測値の小さなチャンクをインクリメンタル学習アルゴリズムにフィードする for ループを使用して、データストリームをシミュレートします。
各チャンクに対し、updateMetricsAndFit を使用して、入力データに対するモデルの性能を測定し、モデルをデータに当てはめます。

この例ではアプリケーションをバイナリ分類問題として扱いますが、これと同じワークフローに従って、マルチクラス問題用のオブジェクトを使用すると、マルチクラスのインクリメンタル学習を実装できます。

既定のモデルオブジェクトの作成

バイナリ分類用の既定のインクリメンタル学習モデルを作成します。

Mdl = incrementalClassificationLinear()

Mdl = 
  incrementalClassificationLinear

            IsWarm: 0
           Metrics: [1x2 table]
        ClassNames: [1x0 double]
    ScoreTransform: 'none'
              Beta: [0x1 double]
              Bias: 0
           Learner: 'svm'

Mdl は incrementalClassificationLinear モデルオブジェクトです。そのプロパティはすべて読み取り専用です。

Mdl は、他の演算の実行に使用する前に、データに当てはめなければなりません。

データの読み込みと前処理

人の行動のデータセットを読み込みます。データをランダムにシャッフルします。

load humanactivity
n = numel(actid);
rng(1) % For reproducibility
idx = randsample(n,n);
X = feat(idx,:);
Y = actid(idx);

データセットの詳細については、コマンドラインで Description を入力してください。

応答は、次の 5 つのクラスのいずれかになります。座る、立つ、歩く、走る、または踊る。被験者が移動しているかどうか (actid > 2) を基準に、応答を二分します。

Y = Y > 2;

インクリメンタル学習の実装

簡潔なワークフローを使用して、関数 updateMetricsAndFit を呼び出してモデルのパフォーマンスメトリクスを更新し、インクリメンタルモデルを学習データに当てはめます。各反復で次を行います。

50 個の観測値を処理して、データストリームをシミュレート。
前のインクリメンタルモデルを、入力観測値に当てはめた新しいモデルで上書き。
累積メトリクス、ウィンドウメトリクス、および最初の係数 $β_{1}$ を保存し、インクリメンタル学習中にそれらがどのように進化するかを確認。

% Preallocation
numObsPerChunk = 50;
nchunk = floor(n/numObsPerChunk);
ce = array2table(zeros(nchunk,2),'VariableNames',["Cumulative" "Window"]);
beta1 = zeros(nchunk,1);    

% Incremental fitting
for j = 1:nchunk
    ibegin = min(n,numObsPerChunk*(j-1) + 1);
    iend   = min(n,numObsPerChunk*j);
    idx = ibegin:iend;    
    Mdl = updateMetricsAndFit(Mdl,X(idx,:),Y(idx));
    ce{j,:} = Mdl.Metrics{"ClassificationError",:};
    beta1(j + 1) = Mdl.Beta(1);
end

Mdl は、ストリーム内のすべてのデータで学習させた incrementalClassificationLinear モデルオブジェクトです。インクリメンタル学習中およびモデルがウォームアップされた後、updateMetricsAndFit は入力観測値でモデルの性能をチェックし、モデルをその観測値に当てはめます。

モデルの進化の検査

パフォーマンスメトリクスと $β_{1}$ が学習中にどのように進化するかを確認するには、それらを別々のタイルにプロットします。

t = tiledlayout(2,1);
nexttile
plot(beta1)
ylabel('\beta_1')
xlim([0 nchunk])
nexttile
h = plot(ce.Variables);
xlim([0 nchunk])
ylabel('Classification Error')
xline(Mdl.MetricsWarmupPeriod/numObsPerChunk,'g-.')
legend(h,ce.Properties.VariableNames)
xlabel(t,'Iteration')

$Figure contains 2 axes objects. Axes object 1 with ylabel \beta_1 contains an object of type line. Axes object 2 with ylabel Classification Error contains 3 objects of type line, constantline. These objects represent Cumulative, Window.$