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.
Different samples can have different effects on learning support vector machine (SVM) classifiers. To rebalance an imbalanced dataset, it is reasonable to reduce non-informative samples and add informative samples for learning classifiers. Safe sample screening can identify a part of non-informative samples and retain informative samples. This study developed a resampling algorithm for Rebalancing imbalanced data using Safe Sample Screening (Re-SSS), which is composed of selecting Informative Samples (Re-SSS-IS) and rebalancing via a Weighted SMOTE (Re-SSS-WSMOTE). The Re-SSS-IS selects informative samples from the majority class, and determines a suitable regularization parameter for SVM, while the Re-SSS-WSMOTE generates informative minority samples. Both Re-SSS-IS and Re-SSS-WSMOTE are based on safe sampling screening. The experimental results show that Re-SSS can effectively improve the classification performance of imbalanced classification problems.
Recently there have been many research efforts focused on imbalanced data classification problems, since they are pervasive but hard to be solved. Approaches to the imbalanced data problems can be categorized into data level approach using re-sampling, algorithmic level one using cost functions, and ensembles of basic classifiers for performance improvement. As an algorithmic level approach, this paper proposes to use multilayer perceptrons with higher-order error functions. The error functions intensify the training of minority class patterns and weaken the training of majority class patterns. Mammography and thyroid data-sets are used to verify the superiority of the proposed method over the other methods such as mean-squared error, two-phase, and threshold moving methods.
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.
Multilayer perceptrons(MLPs) or feed-forward neural networks are widely applied to many areas based on their function approximation capabilities. When implementing MLPs for application problems, we should determine various parameters and training methods. In this paper, we discuss the design of MLPs especially for pattern classification problems. This discussion includes how to decide the number of nodes in each layer, how to initialize the weights of MLPs, how to train MLPs among various error functions, the imbalanced data problems, and deep architecture.
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.
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.
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.
Various imbalanced binary classification problems exist such as fraud detection in banking operations, detecting spam mail and predicting defective products. Several sampling methods such as over sampling, under sampling, SMOTE have been developed to overcome the poor prediction performance of binary classifiers when the proportion of one group is dominant. In order to overcome this problem, several sampling methods such as over-sampling, under-sampling, SMOTE have been developed. In this study, we investigate prediction performance of logistic regression, Lasso, random forest, boosting and support vector machine in combination with the sampling methods for binary imbalanced data. Four real data sets are analyzed to see if there is a substantial improvement in prediction performance. We also emphasize some precautions when the sampling methods are implemented.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.24
no.1
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pp.49-54
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2024
Data imbalance is a common issue encountered in classification problems, stemming from a significant disparity in the number of samples between classes within the dataset. Such data imbalance typically leads to problems in classification models, including overfitting, underfitting, and misinterpretation of performance metrics. Methods to address this issue include resampling, augmentation, regularization techniques, and adjustment of loss functions. In this paper, we focus on loss function adjustment, particularly comparing the performance of various configurations of loss functions (Cross Entropy, Balanced Cross Entropy, two settings of Focal Loss: 𝛼 = 1 and 𝛼 = Balanced, Asymmetric Loss) on Multi-Class black-box video data with imbalance issues. The comparison is conducted using the I3D, and R3D_18 models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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