Avancées dans les systèmes de détection humaine personnalisée
Les systèmes personnalisés améliorent le suivi de la santé et du comportement grâce à des modèles ajustés.
Sawinder Kaur, Avery Gump, Jingyu Xin, Yi Xiao, Harshit Sharma, Nina R Benway, Jonathan L Preston, Asif Salekin
― 8 min lire
Table des matières
Les avancées récentes dans la technologie ont permis de créer des systèmes capables de surveiller le comportement humain et la santé. C'est super important pour des applications comme le suivi de la forme physique, la Surveillance santé, et même des activités quotidiennes comme la reconnaissance d'activité. Mais un gros défi, c'est que chaque personne a des comportements différents et des manières uniques d'interagir avec la technologie. Ces différences peuvent influer sur l’efficacité des modèles standards pour chaque utilisateur.
Traditionnellement, beaucoup de systèmes utilisent des modèles génériques qui ne prennent pas en compte ces différences individuelles. Du coup, la performance de ces modèles peut chuter sérieusement face à des situations nouvelles ou des contextes qui n'étaient pas dans les données d'entraînement. C'est particulièrement critique dans le domaine de la santé, où une surveillance précise peut vraiment faire la différence pour les soins aux patients.
Pour relever ce défi, les chercheurs se penchent maintenant sur la Personnalisation. La personnalisation consiste à ajuster les modèles pour mieux répondre aux besoins et aux comportements spécifiques des utilisateurs. Bien que cette approche soit prometteuse, beaucoup de méthodes actuelles négligent le fait que les comportements peuvent aussi changer au fil du temps pour un même utilisateur. Cette limitation impacte la fiabilité des systèmes personnalisés, surtout dans des environnements cliniques où les données peuvent être rares.
Le besoin de personnalisation
La personnalisation permet aux modèles de fonctionner plus efficacement en les adaptant aux utilisateurs. Par exemple, un tracker de fitness qui comprend les habitudes d'activité typiques d'une personne pourrait donner des retours plus pertinents. Cependant, un problème courant est que lorsque les modèles sont personnalisés avec des données limitées, leur efficacité dans de nouvelles situations peut en pâtir.
Imagine un scénario où un tracker de fitness est réglé selon la manière dont quelqu'un le tient pendant l'exercice. Si le modèle est principalement formé sur des données collectées quand le dispositif est tenu d'une certaine façon, il pourrait moins bien fonctionner quand le dispositif est utilisé différemment. En plus, dans le domaine de la santé, où les changements de condition d'une personne peuvent modifier son comportement, avoir un modèle qui s'adapte au fil du temps est essentiel.
Défis de la personnalisation
Un des principaux défis de la personnalisation, c'est qu'elle repose souvent sur des données recueillies dans des contextes spécifiques. Ça veut dire que si l'utilisateur fait face à une nouvelle situation, comme un changement d'environnement ou d'état de santé, le modèle personnalisé pourrait ne pas fonctionner efficacement. Ça devient encore plus problématique dans des situations cliniques où les données disponibles ne représentent pas toutes les situations possibles.
Ce défi est aggravé par le fait que les techniques existantes nécessitent généralement soit beaucoup de données sur l'utilisateur soit des mises à jour constantes du modèle. Cela peut soulever des préoccupations en matière de confidentialité ou rendre le système peu pratique pour un usage régulier. Donc, il y a vraiment un besoin de nouvelles stratégies qui permettent une personnalisation robuste sans exiger trop de ressources ou compromettre la vie privée des utilisateurs.
Approche proposée
Pour répondre à ces défis, une nouvelle approche a été développée qui améliore la personnalisation tout en maintenant une performance générale dans différents contextes. Cette méthode tire parti de modèles pré-entraînés, qui sont des modèles standard formés sur un grand ensemble de données et peuvent être facilement ajustés pour des utilisateurs spécifiques.
La méthode proposée inclut un processus connu sous le nom de pruning, qui simplifie les modèles en supprimant les paramètres inutiles qui n'impactent pas significativement la précision. En se concentrant sur les paramètres les plus pertinents, le modèle peut maintenir son efficacité même quand les situations changent, permettant une meilleure adaptabilité à des contextes inconnus.
Méthodologie
La solution proposée fonctionne en prenant un modèle pré-entraîné disponible dans le commerce et en l'ajustant avec des données limitées recueillies auprès de l'utilisateur cible. La première étape consiste à ajuster le modèle en fonction de ce que l'on sait sur l'utilisateur, tout en maintenant les connaissances générales du grand ensemble de données.
Ensuite, le modèle subit un processus de pruning, où les paramètres redondants sont supprimés. Cela aide de deux manières : ça améliore l'efficacité globale du modèle et ça ne conserve que les caractéristiques les plus importantes pour la tâche à accomplir. Après le pruning, le modèle est encore affiné pour regagner toute précision perdue, s'assurant ainsi qu'il fonctionne bien sur les données spécifiques de l'utilisateur.
Avantages de l'approche
Le principal avantage de cette approche, c'est qu'elle permet une personnalisation efficace tout en étant capable de généraliser dans différents scénarios. Ça veut dire que les utilisateurs bénéficieront d'une meilleure performance, même dans des situations qui n'étaient pas dans les données d'entraînement initiales.
De plus, en s'appuyant sur des modèles pré-entraînés, le temps d'entraînement global et les exigences en ressources sont considérablement réduits. C'est crucial pour des situations comme la surveillance santé à distance, où les utilisateurs n'ont pas toujours accès à des ressources abondantes. Dans ces cas, l'approche est conçue pour que les modèles puissent être formés avec un minimum de données, rendant le processus à la fois convivial et efficace.
Applications dans le domaine de la santé
Un des domaines les plus significatifs où cette approche peut être appliquée, c'est dans la santé. Par exemple, les systèmes de surveillance des patients pourraient bénéficier énormément de modèles personnalisés qui s'ajustent aux comportements individuels. Ces systèmes peuvent fournir des retours plus pertinents et précis, améliorant ainsi les résultats pour les patients.
De plus, à mesure que les conditions changent avec le temps, avoir un modèle qui peut s'adapter à ces changements est vital. Par exemple, si l'état d'un patient s'améliore ou se dégrade, ses habitudes d'activité peuvent évoluer, et un modèle réactif peut aider les prestataires de soins à suivre ces changements efficacement.
Évaluation empirique
Pour évaluer l'efficacité de l'approche proposée, elle a été testée avec plusieurs ensembles de données représentant des scénarios réels. Ces ensembles de données incluaient divers contextes provenant de milieux de santé, de Suivi de fitness, et de tâches de reconnaissance d'activités quotidiennes.
L'évaluation s'est concentrée sur la performance des modèles personnalisés par rapport aux modèles génériques. Les résultats ont montré un avantage clair pour les modèles personnalisés. Ils ont surpassé les modèles génériques dans les contextes spécifiques dans lesquels ils ont été entraînés et ont conservé un niveau raisonnable de précision face à de nouveaux contextes inconnus.
Limites et perspectives d'avenir
Malgré les résultats prometteurs, il y a des limites à l'approche actuelle qui doivent être prises en compte. Par exemple, le processus de personnalisation nécessite encore des données initiales, qui ne sont pas toujours facilement disponibles. En outre, il peut y avoir des variabilités entre les utilisateurs, certains bénéficiant davantage de la personnalisation que d'autres.
Les travaux futurs se concentreront sur l'identification des facteurs qui contribuent à la variabilité des bénéfices de personnalisation. De plus, explorer des méthodes pour réduire les exigences en données initiales tout en augmentant la généralisabilité à travers divers profils d'utilisateurs sera essentiel pour rendre ces systèmes encore plus efficaces et conviviaux.
Conclusion
En résumé, les avancées dans la personnalisation des applications de détection humaine représentent une étape significative dans la technologie. En utilisant des modèles pré-entraînés et des techniques comme le pruning, il est désormais possible de créer des systèmes plus efficaces qui s'adaptent aux comportements et contextes individuels.
Cette recherche prouve que les systèmes personnalisés peuvent non seulement améliorer la précision, mais aussi se généraliser à des contextes inconnus, ce qui est particulièrement crucial dans des applications de santé. À mesure que ces techniques continuent d'évoluer, elles ont le potentiel d'apporter des améliorations substantielles dans la manière dont nous surveillons la santé, la forme physique, et les activités quotidiennes.
Finalement, réussir à mieux personnaliser tout en garantissant la vie privée des utilisateurs et en réduisant les exigences en ressources sera la clé pour réaliser tous les bénéfices de ces applications avancées de détection humaine dans des environnements réels.
Titre: CRoP: Context-wise Robust Static Human-Sensing Personalization
Résumé: The advancement in deep learning and internet-of-things have led to diverse human sensing applications. However, distinct patterns in human sensing, influenced by various factors or contexts, challenge the generic neural network model's performance due to natural distribution shifts. To address this, personalization tailors models to individual users. Yet most personalization studies overlook intra-user heterogeneity across contexts in sensory data, limiting intra-user generalizability. This limitation is especially critical in clinical applications, where limited data availability hampers both generalizability and personalization. Notably, intra-user sensing attributes are expected to change due to external factors such as treatment progression, further complicating the challenges. To address the intra-user generalization challenge, this work introduces CRoP, a novel static personalization approach. CRoP leverages off-the-shelf pre-trained models as generic starting points and captures user-specific traits through adaptive pruning on a minimal sub-network while preserving generic knowledge in the remaining parameters. CRoP demonstrates superior personalization effectiveness and intra-user robustness across four human-sensing datasets, including two from real-world health domains, underscoring its practical and social impact. Additionally, to support CRoP's generalization ability and design choices, we provide empirical justification through gradient inner product analysis, ablation studies, and comparisons against state-of-the-art baselines.
Auteurs: Sawinder Kaur, Avery Gump, Jingyu Xin, Yi Xiao, Harshit Sharma, Nina R Benway, Jonathan L Preston, Asif Salekin
Dernière mise à jour: 2024-11-19 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2409.17994
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2409.17994
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
Merci à arxiv pour l'utilisation de son interopérabilité en libre accès.