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[en] ENABLING AUTONOMOUS DATA ANNOTATION: A HUMAN-IN-THE-LOOP REINFORCEMENT LEARNING APPROACH / [pt] HABILITANDO ANOTAÇÕES DE DADOS AUTÔNOMOS: UMA ABORDAGEM DE APRENDIZADO POR REFORÇO COM HUMANO NO LOOP

LEONARDO CARDIA DA CRUZ 10 November 2022 (has links)
[pt] As técnicas de aprendizado profundo têm mostrado contribuições significativas em vários campos, incluindo a análise de imagens. A grande maioria dos trabalhos em visão computacional concentra-se em propor e aplicar novos modelos e algoritmos de aprendizado de máquina. Para tarefas de aprendizado supervisionado, o desempenho dessas técnicas depende de uma grande quantidade de dados de treinamento, bem como de dados rotulados. No entanto, a rotulagem é um processo caro e demorado. Uma recente área de exploração são as reduções dos esforços na preparação de dados, deixando-os sem inconsistências, ruídos, para que os modelos atuais possam obter um maior desempenho. Esse novo campo de estudo é chamado de Data-Centric IA. Apresentamos uma nova abordagem baseada em Deep Reinforcement Learning (DRL), cujo trabalho é voltado para a preparação de um conjunto de dados em problemas de detecção de objetos, onde as anotações de caixas delimitadoras são feitas de modo autônomo e econômico. Nossa abordagem consiste na criação de uma metodologia para treinamento de um agente virtual a fim de rotular automaticamente os dados, a partir do auxílio humano como professor desse agente. Implementamos o algoritmo Deep Q-Network para criar o agente virtual e desenvolvemos uma abordagem de aconselhamento para facilitar a comunicação do humano professor com o agente virtual estudante. Para completar nossa implementação, utilizamos o método de aprendizado ativo para selecionar casos onde o agente possui uma maior incerteza, necessitando da intervenção humana no processo de anotação durante o treinamento. Nossa abordagem foi avaliada e comparada com outros métodos de aprendizado por reforço e interação humano-computador, em diversos conjuntos de dados, onde o agente virtual precisou criar novas anotações na forma de caixas delimitadoras. Os resultados mostram que o emprego da nossa metodologia impacta positivamente para obtenção de novas anotações a partir de um conjunto de dados com rótulos escassos, superando métodos existentes. Desse modo, apresentamos a contribuição no campo de Data-Centric IA, com o desenvolvimento de uma metodologia de ensino para criação de uma abordagem autônoma com aconselhamento humano para criar anotações econômicas a partir de anotações escassas. / [en] Deep learning techniques have shown significant contributions in various fields, including image analysis. The vast majority of work in computer vision focuses on proposing and applying new machine learning models and algorithms. For supervised learning tasks, the performance of these techniques depends on a large amount of training data and labeled data. However, labeling is an expensive and time-consuming process. A recent area of exploration is the reduction of efforts in data preparation, leaving it without inconsistencies and noise so that current models can obtain greater performance. This new field of study is called Data-Centric AI. We present a new approach based on Deep Reinforcement Learning (DRL), whose work is focused on preparing a dataset, in object detection problems where the bounding box annotations are done autonomously and economically. Our approach consists of creating a methodology for training a virtual agent in order to automatically label the data, using human assistance as a teacher of this agent. We implemented the Deep Q-Network algorithm to create the virtual agent and developed a counseling approach to facilitate the communication of the human teacher with the virtual agent student. We used the active learning method to select cases where the agent has more significant uncertainty, requiring human intervention in the annotation process during training to complete our implementation. Our approach was evaluated and compared with other reinforcement learning methods and human-computer interaction in different datasets, where the virtual agent had to create new annotations in the form of bounding boxes. The results show that the use of our methodology has a positive impact on obtaining new annotations from a dataset with scarce labels, surpassing existing methods. In this way, we present the contribution in the field of Data-Centric AI, with the development of a teaching methodology to create an autonomous approach with human advice to create economic annotations from scarce annotations.

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