Training machine learning models requires large datasets. However, collecting, curating, and operating large and complex sets of real world data poses problems of costs, ethical and legal issues, and data availability. Here we propose a novel algorithm to generate large artificial datasets to train machine learning models in conditions of extreme scarcity of real world data. The algorithm is based on a genetic algorithm, which mutates randomly generated datasets subsequently used for training a neural network. After training, the performance of the neural network on a batch of real world data is considered a surrogate for the fitness of the generated dataset used for its training. As selection pressure is applied to the population of generated datasets, unfit individuals are discarded, and the fitness of the fittest individuals increases through generations. The performance of the data generation algorithm was measured on the Iris dataset and on the Breast Cancer Wisconsin diagnostic dataset. In conditions of real world data abundance, mean accuracy of machine learning models trained on generated data was comparable to mean accuracy of models trained on real world data (0.956 in both cases on the Iris dataset, p = 0.6996, and 0.9377 versus 0.9472 on the Breast Cancer dataset, p = 0.1189). In conditions of simulated extreme scarcity of real world data, mean accuracy of machine learning models trained on generated data was significantly higher than mean accuracy of comparable models trained on scarce real world data (0.9533 versus 0.9067 on the Iris dataset, p < 0.0001, and 0.8692 versus 0.7701 on the Breast Cancer dataset, p = 0.0091). In conclusion, this novel algorithm can generate large artificial datasets to train machine learning models, in conditions of extreme scarcity of real world data, or when cost or data sensitivity prevent the collection of large real world datasets.


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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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