半监督流形学习的数学理论

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11871438
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0602.信息技术与不确定性的数学理论与方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the rapid development of information technology, the amount of data generated by all walks of life is increasing day by day. Meanwhile, it also presents many new characteristics, such as high dimension, complex structure, large sample size but few labeled sample. The aim of this project is to study the semi-supervised manifold learning algorithm and its mathematical theory for learning high dimensional data with a large sample size but less labeled sample. We make full use of the ideas and methods derived from statistical learning theory, robust statistics and approximation theory to study this project. Firstly, we study the consistency and convergence rate of distributed semi-supervised manifold least squares regression algorithm, in which distributed learning can effectively reduce computation cost; Secondly, we investigate various statistical robustness of semi-supervised manifold algorithm when data is perturbed. Robustness is another important nature of machine learning algorithms and is defined to describe whether the performance of the algorithm is stable when the data is disturbed. In particular, we will study the approximation properties and robustness of deep learning algorithm associated with hierarchical Gaussian kernels, and provide some theoretical basis for deep learning; Finally, we will consider a family of large-margin classifiers, namely large-margin unified machines (LUMs), which is specially designed to deal with high dimensional classification data. The mathematical analysis will be conducted in the framework of statistical learning theory. The research of this project can not only provide theoretical guidance for practitioners of data science, but also improve the mathematical theory foundation of machine learning algorithms. Furthermore, it will shed light on new theoretical problems in mathematics and design of new algorithms.
随着信息技术的飞速发展,各行各业产生的数据量与日俱增的同时也呈现出了许多新特点,比如维数高、结构复杂、样本量巨大但标签样本少等。本项目旨在充分运用源自于统计学习理论、稳健统计、逼近论等学科的思想与方法,研究用于分析高维且标签样本少的数据的半监督流形学习算法及其数学理论。首先研究分布式半监督流形最小二乘回归算法的相容性和收敛速率;其次研究当数据有扰动时半监督流形算法的各种统计稳健性,特别地,我们将研究基于hierarchical高斯核的深度学习算法的逼近性质及其稳健性,为深度学习提供一些理论基础;最后研究基于Large-Margin Unified Machine的一类适用于高维分类数据的分类算法,在统计学习理论的框架下建立该类算法的数学理论。本项目的研究不仅可为数据科学从业者提供理论指导,还可完善机器学习算法的数学理论基础,并为新问题的提出和新算法的设计提供线索。

结项摘要

本项目在大数据背景下,受高维小样本数据、未标注数据及海量数据分析应用驱动,用逼近论、高等概率论、统计学、傅里叶分析、希尔伯特空间理论等学科的思想与方法对数据分析中的分布式多惩罚正则化成对学习算法及半监督多惩罚成对学习算法、函数型线性回归问题、处理高维小样本数据的大间隔分类学习算法进行数学理论分析。首次采用双样本核和算子理论研究了分布式多惩罚正则化成对学习算法,得到了算法在mini-max意义下的最优学习率。同时研究了半监督分布式多惩罚正则化成对学习算法,证明了未标记数据可以提高分布式算法的性能。首次提出了基于梯度迭代、基于Huber损失、基于分布式学习的函数型线性回归算法,并建立了各类算法的误差理论。首次在统计学习理论的框架下系统地研究了处理高维小样本数据的大间隔分类学习算法的收敛理论,揭示了大间隔损失函数与0-1损失函数之间的定量关系,并分别给出了算法在独立同分布和不独立且不同分布两种不同采样过程下的快速学习率。本项目所得研究结果不仅进一步完善了上述学习算法的数学理论基础,而且可以帮助应用领域的人理解学习算法的深层原理,同时也为算法在各领域的应用提供了可靠的数学分析和解释,并为新算法的设计提供了线索。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Gradient Iteration Method for Functional Linear Regression in Reproducing Kernel Hilbert Spaces
再生核希尔伯特空间中函数线性回归的梯度迭代方法
  • DOI:
    10.4208/aam.oa-2021-0016
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Annals of Applied Mathematics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hongzhi Tong;Michael Ng
  • 通讯作者:
    Michael Ng
LARGE MARGIN UNIFIED MACHINES WITH NON-I.I.D. PROCESS
具有非 I.I.D. 的大利润统一机器
  • DOI:
    10.11948/20220222
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Applied Analysis and Computation
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Amina Benabid;Dan Su;Dao-Hong Xiang
  • 通讯作者:
    Dao-Hong Xiang
Analysis of Regression Algorithms with Unbounded Sampling
无界采样回归算法分析
  • DOI:
    10.1162/neco_a_01313
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    NEURAL COMPUTATION
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Tong Hongzhi;Gao Jiajing
  • 通讯作者:
    Gao Jiajing
Distributed least squares prediction for functional linear regression
函数线性回归的分布式最小二乘预测
  • DOI:
    10.1088/1361-6420/ac4153
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Inverse Problems
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Hongzhi Tong
  • 通讯作者:
    Hongzhi Tong
QUANTITATIVE CONVERGENCE ANALYSIS OF KERNEL BASED LARGE-MARGIN UNIFIED MACHINES
基于核的大裕量统一机的定量收敛性分析
  • DOI:
    10.3934/cpaa.2020180
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Communications on Pure and Applied Analysis
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Fan Jun;Xiang Dao-Hong
  • 通讯作者:
    Xiang Dao-Hong

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其他文献

基于特征图切分的轻量级卷积神经网络
  • DOI:
    10.16451/j.cnki.issn1003-6059.201903005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    模式识别与人工智能
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张雨丰;郑忠龙;刘华文;向道红;何小卫;李知菲;何依然;KHODJAAbdErraouf
  • 通讯作者:
    KHODJAAbdErraouf
A construction of multiresolution Analysis on interval
区间多分辨率分析的构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Math Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈迪荣;向道红
  • 通讯作者:
    向道红
Consistency of multicategory SVM
多类别SVM的一致性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Adv. In Comput. Math.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈迪荣;向道红
  • 通讯作者:
    向道红

其他文献

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向道红的其他基金

信息论学习中的正则化及相关高维数据分析方法的数学理论
  • 批准号:
    11471292
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
对一系列高维学习算法的理论研究
  • 批准号:
    11001247
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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