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title: 'Crownn: Human-in-the-loop Network with Crowd-generated Inputs'
tags: [paper]

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# Crownn: Human-in-the-loop Network with Crowd-generated Inputs
###### tags: `paper`
###### description: 読んだ論文まとめ記事
## 論文情報
### 著者
Yusuke Sakata(京都大学)Yukino Baba(筑波大学)Hisashi Kashima(京都大学)
### 雑誌
IEEE(2019)

## 読み損じた箇所(3/3解決)
1. ワーカーの重み付けαはどのように計算したか
→CROWNNでは，誤差逆伝播法を用いている
→文書内での具体的な記述はなし
2.  ニューラルネットワークのパラメータθはどこで使われているか
→CROWNNでは，誤差逆伝播法を用いている
→文書内での具体的な記述はなし
3.  training と testの違いがわかっていない
→training dataset：N個のインプットとアウトプット
test dataset：N個のインプット

## 概要
CROWNNと呼ばれるnovel neural network modelを提案．畳み込みニューラルネットワークの畳み込みの段階で，クラウドソーシングのワーカーの特徴抽出と，ニューラルネットワークの識別子の重み付けを学習する．
4つのタスクを用いて，提案手法の適用性と効率性を調査．( identification of painters, detection of spontaneous smiles, finding fake hotel reviews, and estimating news publicity)
バイナリーデータを出力する分類器を作成

## 関連研究
### 有益な特徴の定義についての研究
8，
9:4つのバイナリー分類タスク
「AdaFlock: Adaptive Feature Discovery for Human-in-the-loop Predictive Modeling」
→特徴の定義は重要なタスクだが，特徴の定義は利用可能で，特徴量抽出のみに焦点を絞る
→有益な特徴を得るためのアルゴリズムであるAdaFlockを提唱(AdaBoostに影響を受けた)
→誤って分類されたサンプルの重み付けを修正する．繰り返すアルゴリズム
→それぞれのAdaFlockの繰り返しにおいて，現在の分類器では判別を誤った例を提示し，ワーカーは正しい分類に有益な特徴を加える
→特徴量をクラウドソーシングを用いて作成する．
https://openreview.net/forum?id=ByWWsTldbS

### ワーカーの結果に対する重み付けの統計モデルについての研究
ワーカーの能力と勤勉さとタスクの難易度で結果が変化する．
→冗長性を持たせて，信頼性をあげる
→多数決を用いることが多いが，より洗練された統計モデルも提案されている．以下にあげる．

4:Dawid-Skene model
「Maximum Likelihood Estimation of Observer Error‐Rates Using the EM Algorithm」
→ワーカーの能力のパラメーターを含める
https://rss.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.2307/2346806

5:GLAD model
「Whose Vote Should Count More: Optimal Integration of Labels from Labelers of Unknown Expertise」
→タスクの難易度を考慮する
https://proceedings.neurips.cc/paper/2009/hash/f899139df5e1059396431415e770c6dd-Abstract.html

12:Welinder et al
「The Multidimensional Wisdom of Crowds」
→4,5のモデルでワーカーとタスクの親和性を考慮する
https://proceedings.neurips.cc/paper/2010/file/0f9cafd014db7a619ddb4276af0d692c-Paper.pdf

13:Raykar et al
「Learning From Crowds」
→クラスラベルと同様に，予測モデルを見積もる
https://www.jmlr.org/papers/volume11/raykar10a/raykar10a.pdf

### スパムワーカーの検知についての研究
14:スパムワーカーの検知にフォーカス
「Eliminating spammers and ranking annotators for crowdsourced labeling tasks」
→ランダム性やバイアスを元に
https://dl.acm.org/doi/abs/10.5555/2188385.2188401

### クラウドソーシングを用いたニューラルネットワークのモデルについての研究
15:ニューラルネットワークのモデル
「Learning from the Crowd with Neural Network」
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7424400

16:ニューラルネットワークのモデル
「Deep learning from crowds」
→多くのラベルが必要になってきた
→ラベルの質に注目
https://arxiv.org/abs/1709.01779

今回はニューラルネットワークのモデルを採用
既存研究との違いは，従来のものがクラウドが生成する出力(バイナリの結果)に注目していたところを，
クラウドが生成した特徴量に注目しているところ
→これは異なるアーキテクチャモデルが必要

## 背景
whether or not a painting has a positive atmosphere, or whether or not a person laughs　shaking by sobsなどのタスクは抽象的だが人間が判定できる特徴
クラウドソーシングの質の問題に対処するために一般的に用いられる手法は，冗長性(同じタスクを複数のワーカーに振ってより信頼性の高い結果を得る)シンプルな方法は，多数決だが，それだとワーカーの能力の多様性を考慮できない．
また，spam workers and malicious workerも注意する．
ほとんどのラベルデータには正解データが付与されていない．
提案手法でも，正解のラベルは提供できないが，正解の分類ラベルは提供できる．
そこで，ワーカーの能力とラベル分類を同時に考慮する．

## 手法
![](https://i.imgur.com/baEpC6G.png)

本実験ではworker convolution layerを持ち，そこで，ワーカーの能力を判断+フィルタリングする．
従来の研究は，一番右のアウトプットに焦点を当てているものが多いが，本実験では，画像の特徴量を抽出する段階(左から2番目)に焦点を当てている

提案手法のモデルは以下である
![](https://i.imgur.com/kaTZNyD.png)
**キーアイディアは，畳み込みニューラルネットワークの概念をワーカーの能力と分類モデルの学習に同時に用いること．**

α = (α1,...,αJ)を用いて，Worker convolution layerを導入
αjはj番目のクラウドワーカーの能力(重み付け)

Worker convolution layerは特徴量を以下のように得る
![](https://i.imgur.com/qVJnoPu.png)
これは，J人のワーカーから，iのインスタンスのkの特徴に対しての特徴量である
αとニューラルネットワークのパラメータθを学習するために，誤差逆伝播法を用いる
ワーカーの能力とモデルのパラメータを**同時に**学習していることが従来の実験と違うところ
→CROWNNは特徴量を抽出するワーカーが1人でも機能する
特徴量抽出では，ワーカーの答えによって，![](https://i.imgur.com/4IKXWtg.png)
を変更する
Yesなら，1
Noか無回答なら，0
→特徴量の抽出において，Noはそこまで重要ではないので，無回答と同じ扱いとしている

## 実験
### 実験で測定する観点
- 提案手法の効率性
- spam crowdworkersやmalicious workers に対しての堅牢性
### 実験手順
4つのバイナリー分類タスク[9]
1. 絵の作者がClaude Monet or Alfred Sisley
2. ビデオで人間の笑顔が作り笑いかどうか
3. 与えられたホテルのレビューが本物かどうか
4. 与えられた記事がニュースメディアをハイライトにすべきかどうか

それぞれのインスタンスは，200個ずつのポジネガのデータである．
それぞれに対して，100個の特徴を定義した．
10人のワーカーをLANCERSで．
提出された結果の数に基づいてワーカーを並べる
→上3人の特徴量を用いる

スパムワーカーと有害なワーカーも作成して，結果をみた
→スパムワーカーは1,2,3,6人で検証

既存手法との比較を行った
MEAN：単純に特徴量の平均を用いる
DAWID&SKENE(D&S)[4]：それぞれのワーカーの能力を推定する，標準的な統計モデル

ワーカーの答えは，訓練データの中で，ワーカーの信頼性を推定することのみに用いた．つまりテストデータのための正しい答えを推定するのに用いた．

## 結果
4つのデータセットを用いて提案手法を用いると，既存手法より優れていた．
スパムワーカーに対して堅牢なシステムでもあり，特に故意に特徴量をflipした有害なワーカーに対して効果が出た．
⬇️分類結果
![](https://i.imgur.com/1QXa4te.png)
⬇️スパムワーカーを入れた際の結果
![](https://i.imgur.com/vcznlpD.png)
⬇️malicousワーカーを入れた際の結果
![](https://i.imgur.com/93EtRck.png)

## 考察
スパムワーカーに対しては，CROWNNがクラス分類への貢献に基づいて，ワーカーの重み付けをしているので，結果が良い
→2/3がスパムワーカーとしても，一貫性のある結果を示していることがすごい
malicious workerについては，30%をそのワーカーとして計測

## 議論
提案したモデルは，同じ参加者がトレーニング段階とテスト段階のどちらにも参加していたと想定される．これは，現実的な想定に即していない．具体的には，オンライン学習に場合で，これにも対応するように拡張していくのが，今後の研究である．