訓練データとテストデータが 異なる分布に従う場合の学習

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1 訓練データとテストデータが 異なる分布に従う場合の学習
東京工業大学　計算工学専攻 杉山　将

2 はじめに NIPS2006にて， Learning when test and training inputs have different distributions, というワークショップを開催しました． 結構たくさんの人が参加してくれました． ワークショップ本も出す予定です． NIPS2006の本会議でも，関連の論文がいくつか発表されました．

3 教師付き学習 出力 入力 訓練データ　　　　　　　を用いて，真の関数　　　　を 最もよく近似する関数　　　　を見つける

4 時間と共にデータの生成分布が 変化する場合
ナイーブなアプローチ：最近採取したデータのみを学習に用いる 欠点：過去に集めた膨大なデータを捨ててしまうため，効率が悪い 過去のデータも有効に利用したい！ 分布の変化が1段階の場合を考える

5 分布の変化の仮定 分布の変化に何も条件がなければ，テストデータに関して訓練データから何も情報が得られない 共変量シフト：
クラス事前確率変化： 混合比変化：

6 共変量シフトの例 (弱）外挿問題 訓練データ テストデータ

7 外挿問題における通常の最小二乗法 モデルが正しければ，バイアスは最小（ゼロ） モデルが正しくないとき，バイアスは漸近的にも最小にならない
バイアスを減らしたい

8 “重要度重み付き”最小二乗法 (Shimodaira, 2000) モデルが正しくない場合でも バイアスは漸近的に最小

9 “重要度”をどうやって推定するか ナイーブなアプローチ：訓練入力分布とテスト入力分布を個別に推定
個別に分布を推定するよりも，分布の比を直接推定するほうがよい

10 Maximum Mean Discrepancy
A Kernel Method for the Two-Sample-Problem (NIPS2006) A. Gretton, K. Borgwardt, M. Rasch, B. Schölkopf , A. Smola 二つの分布　　　　　　　が同じかどうか調べたい ある十分に豊かな関数クラス　　に対して 関数クラスが複雑すぎるとうまく計算できないので，程よい複雑さの関数クラスを使いたい :期待値 :分散

11 Maximum Mean Discrepancy（続き）
　　がuniversal RKHS (Ｋ行列が常に正値）の単位球内なら 例えば，ガウシアンＲＫＨＳはＯＫ 実用上は経験分布で近似：　

12 Kernel Mean Matching 似たような考え方で， これの経験分布バージョンは２次計画問題
Correcting Sample Selection Bias by Unlabeled Data (NIPS2006) J. Huang, A. Smola, A. Gretton, K. Borgwardt, B. Schölkopf 似たような考え方で， これの経験分布バージョンは２次計画問題

13 分布の変化の仮定 分布の変化に何も条件がなければ，訓練データからテストデータに関して何も情報が得られない 共変量シフト：
クラス事前確率変化： 混合比変化：

14 クラス事前確率変化 同様に重要度重み付きで補正できる Positive Negative

15 分布の変化の仮定 分布の変化に何も条件がなければ，訓練データからテストデータに関して何も情報が得られない 共変量シフト：
クラス事前確率変化： 混合比変化：

16 混合比変化 データは二つの関数から採取（どちらからの関数に対するデータかは分からない） その混合比が変化
Mixture regression for covariate shift (NIPS2006) A. Storkey, M. Sugiyama データは二つの関数から採取（どちらからの関数に対するデータかは分からない） その混合比が変化 ベイズアプローチ：生成モデルを仮定し，ＥＭ

17 混合比変化：例 訓練データからは二つの関数から採取 テストデータはどちらかの一方からのみから採取 データをうまく“クラスタリング”する．

18 まとめ 設定： 分布の変化の種類はどうやって推定するか？ テスト分布の出力データも得られる場合は？ 実データへの応用
訓練入力と出力，テスト入力が得られる場合 訓練時とテスト時での分布の変化の種類が分かる 分布の変化の種類はどうやって推定するか？ テスト分布の出力データも得られる場合は？ 実データへの応用 Domain Adaptation for Statistical Classifiers (JAIR2006) H Daume III, D. Marcu