We propose a model for multiclass classification of time series to make a prediction as early and as accurate as possible. The matrix sequential probability ratio test (MSPRT) is known to be asymptotically optimal for this setting, but contains a critical assumption that hinders broad real-world applications; the MSPRT requires the underlying probability density. To address this problem, we propose to solve density ratio matrix estimation (DRME), a novel type of density ratio estimation that consists of estimating matrices of multiple density ratios with constraints and thus is more challenging than the conventional density ratio estimation. We propose a log-sum-exp-type loss function (LSEL) for solving DRME and prove the following: (i) the LSEL provides the true density ratio matrix as the sample size of the training set increases (consistency); (ii) it assigns larger gradients to harder classes (hard class weighting effect); and (iii) it provides discriminative scores even on class-imbalanced datasets (guess-aversion). Our overall architecture for early classification, MSPRT-TANDEM, statistically significantly outperforms baseline models on four datasets including action recognition, especially in the early stage of sequential observations. Our code and datasets are publicly available at: https://github.com/TaikiMiyagawa/MSPRT-TANDEM.


翻译:我们提出一个多级时间序列分类模式,以尽早和尽可能准确地作出预测。矩阵连续概率比率测试(MSPRT)据知对这个环境来说是初步最佳的,但包含一个妨碍广泛的现实应用的关键假设;MSPRT要求潜在的概率密度。为了解决这个问题,我们提议解决密度比率矩阵估计(DRE)这一新型密度比率估计,它包含对多密度比率矩阵的估算,有限制,因此比传统密度比率估计更具挑战性。我们提议了用于解决DRME的日志-总和-Exp-损失类型(LSEL)功能,并证明如下:(一) LSEL提供真实的密度比率矩阵,作为培训组合增加的样本规模(一致性);(二) 将较大的梯度分配给较硬的班级(硬级加权效应);(三) 即使在等级平衡的数据集(gues-aversion)上也提供歧视性的分数。我们早期分类、MSPRT-TANDEM、统计性显著超出基准的模型,在四种数据序列/MTA/DISMA的早期数据识别中,特别是在四种数据序列/DEMAAAA的早期数据序列/DISADUR的识别。

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