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.
International journal of advanced smart convergence
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v.8
no.1
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pp.75-81
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2019
Data imbalance problem is common and causes serious problem in machine learning process. Sampling is one of the effective methods for solving data imbalance problem. Over-sampling increases the number of instances, so when over-sampling is applied in imbalanced data, it is applied to minority instances. Under-sampling reduces instances, which usually is performed on majority data. We apply under-sampling and over-sampling to imbalanced data and generate sampled data sets. From the generated data sets from sampling and original data set, we construct a heterogeneous ensemble of classifiers. We apply five different algorithms to the heterogeneous ensemble. Experimental results on an intrusion detection dataset as an imbalanced datasets show that our approach shows effective results.
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.
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 Computer Science & Network Security
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v.23
no.1
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pp.89-95
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2023
Analyzing breast cancer patient files is becoming an exciting area of medical information analysis, especially with the increasing number of patient files. In this paper, breast cancer data is collected from Khartoum state hospital, and the dataset is classified into recurrence and no recurrence. The data is imbalanced, meaning that one of the two classes have more sample than the other. Many pre-processing techniques are applied to classify this imbalanced data, resampling, attribute selection, and handling missing values, and then different classifiers models are built. In the first experiment, five classifiers (ANN, REP TREE, SVM, and J48) are used, and in the second experiment, meta-learning algorithms (Bagging, Boosting, and Random subspace). Finally, the ensemble model is used. The best result was obtained from the ensemble model (Boosting with J48) with the highest accuracy 95.2797% among all the algorithms, followed by Bagging with J48(90.559%) and random subspace with J48(84.2657%). The breast cancer imbalanced dataset was classified into recurrence, and no recurrence with different classified algorithms and the best result was obtained from the ensemble model.
Abnormal samples are usually difficult to obtain in production systems, resulting in imbalanced training sample sets. Namely, the number of positive samples is far less than the number of negative samples. Traditional Support Vector Machine (SVM)-based anomaly detection algorithms perform poorly for highly imbalanced datasets: the learned classification hyperplane skews toward the positive samples, resulting in a high false-negative rate. This article proposes a new imbalanced SVM (termed ImSVM)-based anomaly detection algorithm, which assigns a different weight for each positive support vector in the decision function. ImSVM adjusts the learned classification hyperplane to make the decision function achieve a maximum GMean measure value on the dataset. The above problem is converted into an unconstrained optimization problem to search the optimal weight vector. Experiments are carried out on both Cloud datasets and Knowledge Discovery and Data Mining datasets to evaluate ImSVM. Highly imbalanced training sample sets are constructed. The experimental results show that ImSVM outperforms over-sampling techniques and several existing imbalanced SVM-based techniques.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.8
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pp.3725-3748
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2018
Text data distribution is often imbalanced. Imbalanced data is one of the challenges in text classification, as it leads to the loss of performance of classifiers. Many studies have been conducted so far in this regard. The proposed solutions are divided into several general categories, include sampling-based and algorithm-based methods. In recent studies, feature selection has also been considered as one of the solutions for the imbalance problem. In this paper, a novel one-sided feature selection known as probabilistic feature selection (PFS) was presented for imbalanced text classification. The PFS is a probabilistic method that is calculated using feature distribution. Compared to the similar methods, the PFS has more parameters. In order to evaluate the performance of the proposed method, the feature selection methods including Gini, MI, FAST and DFS were implemented. To assess the proposed method, the decision tree classifications such as C4.5 and Naive Bayes were used. The results of tests on Reuters-21875 and WebKB figures per F-measure suggested that the proposed feature selection has significantly improved the performance of the classifiers.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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