Vad är Data Augmentation?

En av de vanligaste utmaningarna för företag som vill implementera maskinläringslösningar är otillräcklig data. Ofta är det både dyrt och tidskrävande att samla in den. Samtidigt är prestandan hos maskinlärnings- och djuplärningsmodeller starkt beroende av kvaliteten, mängden och relevansen hos träningsdata. 

Här kommer data augmentation in. 

Data augmentation kan definieras som en uppsättning tekniker som artificiellt ökar mängden data. Dessa tekniker genererar nya datapunkter från befintlig data och kan inkludera att göra små ändringar i data eller använda djuplärningsmodeller för att generera ny data. 

Importansen av Data Augmentation

Data augmentation-tekniker har stadigt ökat i popularitet under de senaste åren. Det finns flera skäl till detta. För det första förbättrar det prestandan hos maskinlärningsmodeller och leder till mer varierade datamängder. 

Många djuplärningsapplikationer som objektdetektering, bildklassificering, bildigenkänning, naturligt språkförståelse och semantisk segmentering är beroende av data augmentation-metoder. Prestandan och resultaten hos djuplärningsmodeller förbättras genom att generera nya och varierade träningsdatamängder. 

Data augmentation minskar också de operativa kostnaderna förknippade med datainsamling. Till exempel kan dataetikettering och insamling vara både tidskrävande och dyrt för företag, så de förlitar sig på att omvandla datamängder genom data augmentation-tekniker för att minska kostnaderna. 

En av de viktigaste stegen i att förbereda en datamodell är att rensa data, vilket leder till högprecisionsmodeller. Denna rensningsprocess kan minska datamängdens representativitet, vilket gör att modellen inte kan ge bra förutsägelser. Data augmentation-tekniker kan användas för att göra maskinlärningsmodellerna mer robusta genom att skapa variationer som modellen kan möta i verkligheten. 

Hur Fungerar Data Augmentation? 

Data augmentation används ofta för bildklassificering och segmentering. Det är vanligt att göra ändringar i visuell data, och generativa adversariala nätverk (GAN) används för att skapa syntetisk data. Några av de klassiska bildbehandlingsaktiviteterna för data augmentation inkluderar padding, slumpmässig rotation, vertikal och horisontell vändning, om skalning, translation, beskärning, zoomning, kontraständring och mer. 

Det finns några avancerade modeller för data augmentation: 

• Generativa Adversariala Nätverk (GAN): GAN hjälper till att lära sig mönster från indata datamängder och skapar automatiskt nya exempel för träningsdata. 
• Neural Style Transfer: Dessa modeller blandar innehållsbild och stilbild, samt separerar stil från innehåll.
  
• Reinforcement Learning: Dessa modeller tränar agenter att uppnå mål och fatta beslut i en virtuell miljö. 

En annan stor tillämpning för data augmentation är naturligt språkbehandling (NLP). Eftersom språk är så komplext kan det vara extremt utmanande att augmentera textdata. 

Det finns några huvudsakliga metoder för NLP-data augmentation, inklusive enkla data augmentation (EDA)-operationer som synonymersättning, ordinfogning och ordbyte. En annan vanlig metod är baköversättning, som innebär att översätta texten från målspråket tillbaka till ursprungsspråket. 

Fördelar och Begränsningar av Data Augmentation

Det är viktigt att notera att det finns både fördelar och begränsningar av data augmentation. 

När det gäller fördelar kan data augmentation förbättra modellens förutsägelsegenom att lägga till mer träningsdata, förhindra data brist, minska data överanpassning, öka generalisering och lösa klassobalansproblem i klassificering. 

Data augmentation minskar också kostnaderna förknippade med datainsamling och etikettering, möjliggör sällsynta händelseförutsägelse och stärker data sekretess. 

Samtidigt inkluderar begränsningarna av data augmentation en hög kostnad för kvalitetssäkring av de augmenterade datamängderna. Det innebär också tung forskning och utveckling för att bygga syntetisk data med avancerade tillämpningar. 

Om du använder data augmentation-tekniker som GAN, kan verifikation visa sig vara svår. Det är också utmanande att hantera den inneboende biasen i ursprunglig data om den kvarstår i augmenterad data. 

Data Augmentation Användningsfall

Data augmentation är en av de mest populära metoderna för att artificiellt öka mängden data för att träna AI-modeller, och det används inom en mängd olika områden och branscher. 

Två av de mest framträdande branscherna som utnyttjar kraften i data augmentation är autonoma fordon och hälsovård: 

• Autonoma fordon: Data augmentation är viktigt för utvecklingen av autonoma fordon. Simuleringsmiljöer byggda med förstärkt inlärningmekanismer hjälper till att träna och testa AI-system med data brist. Simuleringsmiljön kan modelleras baserat på specifika krav för att generera verkliga exempel.

• Hälsovård: Hälsovårdsindustrin använder data augmentation också. Ofta kan en patients data inte användas för att träna en modell, vilket innebär att mycket av data filtreras bort från att tränas. I andra fall finns det inte tillräckligt med data kring en specifik sjukdom, så data kan augmenteras med varianter av den befintliga. 

Hur Man Augmenterar Data

Om du vill augmentera data bör du börja med att identifiera luckor i din data. Detta kan innebära att leta efter saknad demografisk information, till exempel. Alla aktiviteter bör också stödja ditt företags uppdrag, så det är viktigt att prioritera luckor baserat på hur informationen skulle främja uppdraget. 

Nästa steg är att identifiera var du kommer att hämta den saknade data, såsom från en tredjepartsdatamängd. När du utvärderar data bör du titta på kostnad, fullständighet och nivån av komplexitet och ansträngning som behövs för integration. 

Data augmentation kan ta tid, så det är viktigt att planera ut tiden och resurserna. Många tredjepartsdatorkällor kräver investeringar. Det är också kritiskt att planera hur data kommer att samlas in och förvärvas, och ROI för data bör utvärderas. 

Det sista steget är att bestämma var data kommer att lagras, vilket kan innebära att lägga till den i ett fält i din AMS eller något annat system. 

Naturligtvis är detta bara en grundläggande översikt av processen för data augmentation. Den faktiska processen kommer att inkludera mycket mer, vilket är varför det är avgörande att ha ett välutrustat team av dataforskare och andra experter. Men genom att planera och utföra en data augmentation-process kan du säkerställa att din organisation har den bästa möjliga data för precisa förutsägelser.