Aprendizaje activo

Cómo funciona el aprendizaje activo

El proceso de Aprendizaje Activo suele seguir un ciclo iterativo:

1. Entrenamiento inicial: Un modelo, como un Ultralytics YOLO para la detección de objetos, se entrena en un pequeño conjunto de datos inicialmente etiquetados.
2. Consulta: El modelo actualmente entrenado analiza un conjunto de datos no etiquetados y utiliza una estrategia de consulta específica para seleccionar los puntos de datos que considera más informativos o inciertos.
3. Anotación: Estos puntos de datos seleccionados se presentan a un anotador humano (el oráculo) para que los etiquete. Aquí son cruciales unas prácticas eficaces de recogida y anotación de datos.
4. Reentrenamiento: Las instancias recién etiquetadas se añaden al conjunto de entrenamiento.
5. Iteración: El modelo se vuelve a entrenar con el conjunto de datos etiquetados ampliado, y el ciclo (pasos 2-5) se repite hasta que se cumple un criterio de parada, como alcanzar un nivel de precisión deseado, agotar el presupuesto de etiquetado u observar rendimientos decrecientes en la mejora del rendimiento.

Estrategias de consulta

El núcleo del Aprendizaje Activo reside en su estrategia de consulta: el método utilizado para seleccionar los puntos de datos no etiquetados que se consultarán a continuación. Las estrategias más comunes son:

• Muestreo de incertidumbre: Seleccionar los casos en los que el modelo tiene menos confianza en su predicción. Ésta es quizá la estrategia más común. Puedes encontrar más detalles en estudios académicos como éste de Burr Settles.
• Consulta por Comité (QBC): Entrenar varios modelos (un comité) y seleccionar los casos en los que los miembros del comité están más en desacuerdo sobre la predicción.
• Cambio esperado del modelo: Seleccionar las instancias que provocarían el mayor cambio en los parámetros del modelo si se conocieran sus etiquetas.

Relevancia y beneficios

El Aprendizaje Activo reduce significativamente la carga del etiquetado de datos, que suele ser un importante cuello de botella en el desarrollo de modelos de ML. Al centrar los esfuerzos de anotación en los puntos de datos más impactantes, permite a los equipos:

• Consigue un rendimiento del modelo comparable o incluso mejor con un número significativamente menor de etiquetas.
• Reduce los costes asociados a la anotación experta.
• Acelera el ciclo de vida de desarrollo del modelo.
• Construye modelos más sólidos centrándote en ejemplos desafiantes o ambiguos.

Aplicaciones en el mundo real

El Aprendizaje Activo encuentra aplicaciones en diversos campos:

1. Análisis de imágenes médicas: En tareas como la detección de tumores en imágenes médicas, un sistema de Aprendizaje Activo puede presentar a los radiólogos las radiografías o resonancias magnéticas más ambiguas, maximizando el valor de su tiempo como expertos y acelerando el desarrollo de la IA diagnóstica. Esto es crucial para mejorar las soluciones de IA sanitaria.
2. Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN): Para tareas como el análisis de sentimientos o el reconocimiento de entidades con nombre, el Aprendizaje Activo puede seleccionar fragmentos de texto inciertos (por ejemplo, publicaciones en redes sociales, reseñas de clientes) para su revisión humana, mejorando rápidamente el rendimiento del modelo con menos etiquetado manual en comparación con el muestreo aleatorio de datos.

Aprendizaje activo frente a conceptos relacionados

• Aprendizaje supervisado: Se basa totalmente en un conjunto de datos preexistente y totalmente etiquetado. No selecciona interactivamente los datos para etiquetarlos durante el entrenamiento.
• Aprendizaje semisupervisado: También utiliza datos etiquetados y no etiquetados, pero normalmente aprovecha los datos no etiquetados automáticamente basándose en suposiciones sobre la estructura de los datos (p. ej., agrupación, suposiciones múltiples), en lugar de buscar activamente etiquetas específicas. Para más detalles, consulta la entrada de nuestro glosario sobre Aprendizaje Semisupervisado.
• Aprendizaje por refuerzo: Aprende mediante interacciones de ensayo y error con un entorno, recibiendo recompensas o penalizaciones. Se centra en el aprendizaje de acciones óptimas, no en el etiquetado eficiente de datos como el Aprendizaje Activo. Explora más a fondo el Aprendizaje por Refuerzo en nuestro glosario.

Herramientas y aplicación

Implementar el Aprendizaje Activo a menudo implica integrar modelos de ML con herramientas de anotación y gestionar el flujo de trabajo de los datos. Plataformas como DagsHub ofrecen herramientas para construir pipelines de aprendizaje activo, como comentaron en su charlaYOLO VISION 2023. El software de anotación, como Label Studio, puede integrarse en estos conductos. Gestionar eficazmente los conjuntos de datos y los modelos entrenados es crucial, y plataformas como Ultralytics HUB proporcionan infraestructura para organizar los conjuntos de datos y los modelos a lo largo del ciclo de desarrollo.