【NeurIPS100】NeurIPS 2019最佳论文：具有Massart噪声半空间的分布独立PAC学习
Distribution-Independent PAC Learning of Halfspaces with Massart Noise
论文作者：
Ilias Diakonikolas, Themis Gouleakis, Christos Tzamos（威斯康辛大学麦迪逊分校、马克斯普朗克计算机科学研究所）
论文链接：
https://www.aminer.cn/pub/5d1eb9d3da562961f0b0dc62/
开源地址：
https://papers.nips.cc/paper/8722-distribution-independent-pac-learning-of- halfspaces-with-massart-noise
前言
本文将对NeurIPS 2019最佳论文《Distribution-Independent PAC Learning of Halfspaces with Massart Noise》进行解读，该论文在半空间学习上取得了显著进展。作者研究了存在Massart噪声的半空间（halfspaces）分布独立的PAC学习问题。具体而言，给定从R^d+1上的分布D中提取的一组有标签样本(x, y)，使无标记点x上的边缘分布是任意的，且标签y由未知半空间生成，该空间被噪声率为η＜1/2的Massart噪声破坏。最终目标是找到一个分类器h，使错误分类误差
最小。对于具有错误分类误差η+ε的问题，作者给出了一个poly(d, 1/ε)时间算法。作者还证明了对算法的误差保证进行改进可能很难实现。在此工作之前，即使是析取类，在这个模型中也没有有效的弱学习方法（分布独立）。
研究现状
Massart 噪声与RCN
随机分类噪声（Random Classification Noise ，RCN）【1】是Massart噪声的特殊情况，其每个标签的翻转概率恰好为η＜1/2。似乎Massart噪声比RCN更易于处理。但实际上，Massart对抗需要选择是否扰动给定的标签，如扰动，以何种概率进行，因此，在该模型中设计有效的算法具有很大挑战性。尤其是，RCN学习与统计查询（Statistical Query，SQ）模型【2】【3】之间的联系不再成立，即，作为SQ算法的性质已不能自动满足用Massart噪声进行噪声容忍学习（noise-tolerant learning）的需要。而【4】【5】中正是利用了RCN与SQ模型的关系，得到了用RCN学习半空间的多项式时间算法。
相关工作介绍
Bylander【6】给出了多项式时间算法来学习带有RCN的大边界半空间（large margin halfspaces）（在附加的反集中假设下）。布鲁姆等人【7】给出了第一个多项式时间算法，用于在无任何边界假设情况下使用RCN对半空间进行与分布独立的学习。此后不久，Cohen【8】针对该问题给出了多项式时间适当的学习算法。随后，Dunagan和Vempala【9】提出了一种重缩放的感知器算法，用于求解线性规划，从而转化为更简单和快速的适当学习算法。
在这项工作之前，在分布独立的Massart噪声模型中，基本上没有具有非平凡误差保证的有效算法。应该注意的是，当未标记数据上的边界分布在单位球面上时，具有误差OPT +ε的多项式时间算法是已知的【10】【11】【12】。对于未标记数据来自各向同性对数凹分布的情况，【13】给出了
采样和时间算法。
方法
相关基础
带Massart噪声的半空间学习算法
学习大边界半空间
一般情况
主要结果
作者主要结果是以下定理：
令D为（d + 1）维度的带标签样本在b-bit复杂度上的分布，由一个未知的半空间所产生，该空间被噪声率为η＜1/2的Massart噪声破坏。算法2使用
个样本，运行时间为poly(d, 1/ε, b)，最终以2/3的概率返回一个分类器h，且其误分类误差
。
总结
作者提出了首个在带Massart噪声的半空间（halfspaces）的分布独立的PAC学习的方法，即对具有错误分类误差η+ε的问题，给出了一个poly(d, 1/ε)时间算法。作者还证明对算法的错误保证而进行的改进可能很难实现。
参考文献：
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【7】A. Blum, A. M. Frieze, R. Kannan, and S. Vempala. A polynomial-time algorithm for learning noisy linear threshold functions. In 37th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, FOCS ’96, pages 330–338, 1996.
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作者| Liyang
排版| 学术菠菜
校对| 学术青 会会
责编| 学术青 优学术
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