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@bilzard
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Pseudo labelingに対するChatGPTの回答

質問

Psuedo labelingとは何ですか?

回答

Psuedo labelingは、深層学習のモデルを訓練するための手法の一つです。この方法では、予測が高い信頼性を持つデータポイントを、訓練データとしてモデルに使用します。この方法を使うことで、ラベル付けされていないデータも訓練に利用することができます。

例えば、あるタスクについてラベル付けされたデータセットがありますが、そのデータセットは非常に小さいため、モデルを訓練するには不十分です。このような場合、psuedo labelingを使うことで、より多くのデータをモデルに使用することができます。

psuedo labelingを使用する際には、予測の精度が高いことが重要です。もし予測の精度が低い場合、訓練データとして使用されるデータポイントは、不適切なラベルを持つ可能性があり、モデルの訓練結果が悪化する可能性があります。

質問

Psuedo labelingのコード例を教えてください。

回答

Psuedo labelingは、深層学習のモデルを訓練するための手法の一つです。ここでは、Psuedo labelingを使用した、簡単なPythonコード例を示します。

以下は、Psuedo labelingを使用してデータセットを訓練するためのコードです。この例では、scikit-learnライブラリを使用しています。

# ライブラリのインポート
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.datasets import make_classification

# データセットの生成
X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=20, n_informative=10, n_classes=2, random_state=42)

# Psuedo labelingでラベル付けされていないデータを取得
X_unlabeled = X[500:]

# Psuedo labelingを適用するために、データセットを分割
X_train, y_train = X[:500], y[:500]

# Psuedo labelingを適用するために、ランダムフォレスト分類器を訓練
clf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=42)
clf.fit(X_train, y_train)

# ラベル付けされていないデータを予測
predictions = clf.predict(X_unlabeled)

# 予測結果を用いて、ラベル付けされていないデータを訓練データとして使用
X_train = np.concatenate([X_train, X_unlabeled])
y_train = np.concatenate([y_train, predictions])

# 予測結果を使用して、モデルを再訓練
clf.fit(X_train, y_train)

このような方法を使用することで、Psuedo labelingを使用したデータセットの訓練が可能になります。

@bilzard
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Author

bilzard commented Dec 2, 2022

参考:

PsuedoLabeling、次の情報が求められている

・PsuedoLabelingとは
・PsuedoLabelingで効果があった事例
・PsuedoLabelingのコード例
・リークさせない方法と、なぜリークするのか
・リークさせた場合に何が問題になるか
・リークさせたほうが良い場合はある?

— カレーちゃん🍮 (@currypurin) December 2, 2022

前半の一般的な質問はChatGPTが適切に回答してくれた。後半の具体例やリークの問題点については的外れな回答しか得られなかったので以下に自分で記載する。

@bilzard
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Author

bilzard commented Dec 2, 2022

リークさせない方法と、なぜリークするのか?

参考:ここに書かれている。
https://developer.nvidia.com/blog/competition-and-community-insights-from-nvidias-kaggle-grandmasters/

リークさせない方法を一言で言うと「擬似ラベル生成用のモデルの学習に、評価データを使用しないこと」。
図にすると以下のようになる。すなわち、モデルの全学習プロセスにおいて、評価データに関する情報を一切注入させないことが必要となる。


source: https://zenn.dev/link/comments/0e6b49aeb914be

リークさせた場合に何が問題になるか?

上のリンク参照。一言で言うと、モデルの評価結果がリークなしの場合よりもよくなるため、評価スコアがモデル選択の指標として役に立たなくなる。

Psuedo labelingで効果があった事例

前述のNvidiaの記事にあるようなRANZCRコンペが例。
他にも、一般的に、元々あるデータセットが小さい場合、外部データの追加によってより広範な特徴を学習することが可能になる。
効果についてはChatGPTの回答にあるように、ラベルの精度に依存するため、実際に適用してみないとわからない。

リークさせたほうが良い場合はある?

させた方が良い場合は不明だが、リークさせても大きな問題とならないであろうケースは以下と考える(あくまで意見)。

個人的には、内部データに擬似ラベルをつけるケースでは問題はそんなに深刻化しないのではと思っている。外部データの場合に、擬似ラベル作成用のモデルの学習に評価データを使うことの問題点は、評価データと相関が高い外部データの正解がリークすることだった。内部データの場合は、このようなサンプルでは元々評価データの正解率が高いと考えられるため、リークによる影響は外部データの場合と比べて小さいはずだからである。ただし、リークの影響はゼロではないため、リークさせないに越したことはない。

source: https://zenn.dev/link/comments/0e6b49aeb914be

@bilzard
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bilzard commented Dec 2, 2022

TODO

ちゃんと記事にまとめるとしたら、以下のような説明があると良い。

  • 学術界で言われている擬似ラベルと、コンペ界隈で言われている擬似ラベルの違い(外部データに適用する場合と内部データに適用する場合の違い。)
  • 実際にコンペで使う時にどう役立つのか、また、適切に行わなかった場合にどのようなリスクがあるか?(大体ここに書いたこと。効果がどうのと言うよりは、実験のプロセスを合理的に行うために何に注意する必要があるか、という話。)
  • 実際に外部データに擬似ラベルをつけて再学習させ、スコアが上がることを示す実験結果
  • 内部データに使う場合(主に交差検証モデルで生成する場合)のコード例
  • PL手法の体系的説明(Hard label v.s. soft label、オンライン v.s. multi stage)<- 多分いたずらにスコープが広がるだけなので、コンペでよく言及される手法、またはオーソドックスで実装が簡単な手法に絞って良い。
  • PLと似た手法(知識蒸留など)<- これもスコープが広がるので、PLを説明する上ではなくても良い。
  • 最近のコンペでPLが活躍した例

@bilzard
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Author

bilzard commented Dec 2, 2022

参考文献

論文

ChatGPTに聞いた「代表的なpseudo labelingに関する論文」。

日本語の解説記事

最近のKaggleコンペでの使用例

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