Pembelajaran kamus jarang (Sparse Dictionary Learning), juga dikenal sebagai pengkodean jarang atau SDL, adalah teknik yang dirancang untuk mengungkap representasi data masukan yang jarang dengan mengekspresikannya sebagai kombinasi linier dari elemen dasar yang dikenal sebagai atom. Atom-atom ini membentuk sebuah kamus dan tidak harus ortogonal, sehingga memungkinkan untuk mendapatkan rangkaian rentang yang lebih lengkap. Pengaturan ini memungkinkan representasi sinyal dalam dimensi yang lebih tinggi daripada yang diamati, yang mengarah ke atom-atom yang tampaknya berlebihan yang meningkatkan kelangkaan dan fleksibilitas.
Metode ini menemukan aplikasi yang signifikan dalam penginderaan terkompresi atau pemulihan sinyal, di mana sinyal dimensi tinggi dapat direkonstruksi dari beberapa pengukuran linier, asalkan sinyal menunjukkan sparsitas. Berbagai algoritme, seperti basis pursuit dan CoSaMP, membantu dalam pemulihan sinyal setelah diubah menjadi ruang yang jarang menggunakan teknik seperti transformasi wavelet.
Inti dari pembelajaran kamus jarang adalah inferensi kamus dari data masukan itu sendiri. Tidak seperti pendekatan tradisional yang menggunakan kamus yang sudah ditentukan sebelumnya seperti Fourier atau transformasi wavelet, kamus yang dipelajari secara signifikan meningkatkan sparsitas, menemukan aplikasi dalam dekomposisi, kompresi, dan analisis data. Pendekatan ini sangat efektif dalam denoising gambar, klasifikasi, serta pemrosesan video dan audio, dengan aplikasi yang luas dalam kompresi gambar, fusi, dan inpainting.
Dalam bidang pembelajaran mesin, pembelajaran kamus renggang telah muncul sebagai teknik ampuh untuk merepresentasikan data secara ringkas dan efisien. Pendekatan ini bertujuan untuk menemukan kamus D dan representasi R sehingga data masukan X dapat direkonstruksi secara akurat sebagai produk dari D dan R, sekaligus memastikan bahwa representasi R jarang, artinya memiliki sedikit entri bukan nol.
Permasalahan tersebut dapat dirumuskan sebagai masalah optimasi berikut:
argmin
dimana
Di sini, tujuannya adalah untuk meminimalkan kesalahan rekonstruksi sambil meningkatkan ketersebaran dalam representasi ri melalui "norma" ℓ0. Himpunan C membatasi kamus D untuk mencegah atom-atomnya mencapai nilai tinggi yang sewenang-wenang.
Pembelajaran kamus renggang menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan metode tradisional. Kamus yang terlalu lengkap, yang jumlah atomnya melebihi dimensi data masukan, memungkinkan representasi yang lebih kaya dan fleksibel. Selain itu, kamus yang dipelajari dapat menghasilkan solusi yang lebih jarang dibandingkan dengan matriks transformasi yang telah ditentukan sebelumnya seperti wavelet atau transformasi Fourier.
Berbagai algoritma telah dikembangkan untuk mengatasi masalah optimasi ini, antara lain Method of Optimal Directions (MOD), K-SVD, Stochastic Gradient Descent, Lagrange Dual Method, dan LASSO. Masing-masing pendekatan memiliki kekuatan dan kelemahannya, beberapa pendekatan lebih efisien untuk data berdimensi rendah sementara pendekatan lain dapat menangani skenario berdimensi tinggi.
Selain itu, teknik pembelajaran kamus online telah diusulkan untuk mengatasi skenario di mana data masukan terlalu besar untuk dimasukkan ke dalam memori atau diterima sebagai aliran. Metode ini memperbarui kamus secara berulang saat data baru tersedia, mengurangi kebutuhan memori dan memungkinkan pembelajaran representasi renggang yang efisien.
Pembelajaran kamus renggang telah diterapkan di berbagai domain, termasuk pemrosesan gambar dan sinyal, visi komputer, dan pembelajaran mesin. Dengan memberikan representasi data yang ringkas dan informatif, ini dapat meningkatkan kinerja tugas-tugas seperti klasifikasi, denoising, dan kompresi.
Seiring dengan berkembangnya bidang pembelajaran mesin, pembelajaran kamus renggang tetap menjadi alat yang ampuh dalam upaya representasi data yang efisien dan efektif, membuka jalan bagi aplikasi yang lebih maju dan canggih.
Aplikasi dalam Pembelajaran Kamus Jarang
Pembelajaran kamus jarang, sebuah teknik yang ampuh dalam pemrosesan sinyal, telah merevolusi berbagai tugas pemrosesan gambar dan video dengan menguraikan sinyal input menjadi beberapa elemen dasar yang dipelajari. Pendekatan inovatif ini memungkinkan hasil yang canggih, khususnya dalam masalah klasifikasi. Dengan membangun kamus khusus untuk setiap kelas, pembelajaran kamus jarang memungkinkan klasifikasi sinyal input berdasarkan representasi yang paling jarang.
Selain itu, pembelajaran kamus jarang menawarkan properti yang berharga untuk denoising sinyal. Dengan mempelajari kamus yang merepresentasikan bagian yang bermakna dari sinyal input secara jarang, noise pada input dapat secara efektif dibedakan, karena biasanya menunjukkan representasi yang lebih jarang.
Aplikasi pembelajaran kamus yang jarang meluas ke berbagai domain, termasuk pemrosesan gambar, video, dan audio, serta sintesis tekstur dan pengelompokan tanpa pengawasan. Evaluasi empiris dengan model Bag-of-Words telah menyoroti keunggulan pengkodean jarang dibandingkan pendekatan lain, terutama dalam tugas pengenalan kategori objek.
Selain dampaknya dalam pemrosesan gambar dan video, pembelajaran kamus memainkan peran penting dalam analisis sinyal medis. Sinyal medis, mulai dari elektroensefalografi (EEG) dan elektrokardiografi (EKG) hingga pencitraan resonansi magnetik (MRI) dan tomografi komputer ultrasound (USCT), mendapat manfaat dari analisis khusus yang dimungkinkan oleh teknik pembelajaran kamus jarang.
Disadur dari: en.wikipedia.org