論文の概要: TS-ACL: A Time Series Analytic Continual Learning Framework for Privacy-Preserving and Class-Incremental Pattern Recognition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.15954v1
• Date: Mon, 21 Oct 2024 12:34:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-28 17:07:38.433812
• Title: TS-ACL: A Time Series Analytic Continual Learning Framework for Privacy-Preserving and Class-Incremental Pattern Recognition
• Title（参考訳）: TS-ACL:プライバシー保護とクラスインクリメンタルパターン認識のための時系列解析連続学習フレームワーク
• Authors: Kejia Fan, Jiaxu Li, Songning Lai, Linpu Lv, Anfeng Liu, Jianheng Tang, Houbing Herbert Song, Huiping Zhuang,
• Abstract要約: 本稿では,TS-ACLと呼ばれる時系列解析連続学習フレームワークを提案する。 解析学習にインスパイアされたTS-ACLは、ニューラルネットワークの更新を勾配のない線形回帰問題に変換する。 我々のフレームワークはリアルタイムアプリケーションや大規模データ処理に非常に適しています。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.6394894445113
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Class-incremental Learning (CIL) in Time Series Classification (TSC) aims to incrementally train models using the streaming time series data that arrives continuously. The main problem in this scenario is catastrophic forgetting, i.e., training models with new samples inevitably leads to the forgetting of previously learned knowledge. Among existing methods, the replay-based methods achieve satisfactory performance but compromise privacy, while exemplar-free methods protect privacy but suffer from low accuracy. However, more critically, owing to their reliance on gradient-based update techniques, these existing methods fundamentally cannot solve the catastrophic forgetting problem. In TSC scenarios with continuously arriving data and temporally shifting distributions, these methods become even less practical. In this paper, we propose a Time Series Analytic Continual Learning framework, called TS-ACL. Inspired by analytical learning, TS-ACL transforms neural network updates into gradient-free linear regression problems, thereby fundamentally mitigating catastrophic forgetting. Specifically, employing a pre-trained and frozen feature extraction encoder, TS-ACL only needs to update its analytic classifier recursively in a lightweight manner that is highly suitable for real-time applications and large-scale data processing. Additionally, we theoretically demonstrate that the model obtained recursively through the TS-ACL is exactly equivalent to a model trained on the complete dataset in a centralized manner, thereby establishing the property of absolute knowledge memory. Extensive experiments validate the superior performance of our TS-ACL.
• Abstract（参考訳）: 時系列分類(TSC)におけるクラスインクリメンタルラーニング(CIL)は、連続的にやってくるストリーミング時系列データを使用してモデルを段階的にトレーニングすることを目的としている。 このシナリオの主な問題は、破滅的な忘れ、すなわち、新しいサンプルを持つトレーニングモデルが必然的に、以前に学んだ知識を忘れてしまうことである。 従来の手法では、リプレイベースの手法は十分な性能を達成するが、プライバシーを侵害する。 しかし、より重要なことは、勾配に基づく更新技術に依存しているため、これらの既存手法は基本的に破滅的な忘れ問題の解決には至らないことである。 連続的な到着データと時間変化分布を持つTSCシナリオでは、これらの手法はさらに実用的ではない。 本稿では,TS-ACLと呼ばれる時系列解析連続学習フレームワークを提案する。 解析学習にインスパイアされたTS-ACLは、ニューラルネットワークの更新を勾配のない線形回帰問題に変換することで、破滅的な忘れを根本的に緩和する。 具体的には、事前訓練および凍結した特徴抽出エンコーダを用いて、TS-ACLは、リアルタイムアプリケーションや大規模データ処理に非常に適した軽量な方法で解析分類器を再帰的に更新するのみである。 さらに,TS-ACLを用いて再帰的に得られたモデルが,完全データセット上で集中的に訓練されたモデルと完全に等価であることを理論的に証明し,絶対的知識記憶の特性を確立する。 TS-ACLの優れた性能を実験により検証した。

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