HoloDetect: Few-Shot Learning for Error Detection

We introduce a few-shot learning framework for error detection. We show that data augmentation (a form of weak supervision) is key to training high-quality, ML-based error detection models that require minimal human involvement. Our framework consists of two parts: (1) an expressive model to learn rich representations that capture the inherent syntactic and semantic heterogeneity of errors; and (2) a data augmentation model that, given a small seed of clean records, uses dataset-specific transformations to automatically generate additional training data. Our key insight is to learn data augmentation policies from the noisy input dataset in a weakly supervised manner. We show that our framework detects errors with an average precision of ~94% and an average recall of ~93% across a diverse array of datasets that exhibit different types and amounts of errors. We compare our approach to a comprehensive collection of error detection methods, ranging from traditional rule-based methods to ensemble-based and active learning approaches. We show that data augmentation yields an average improvement of 20 F1 points while it requires access to 3x fewer labeled examples compared to other ML approaches.Comment: 18 pages

Table Search Using a Deep Contextualized Language Model

Pretrained contextualized language models such as BERT have achieved impressive results on various natural language processing benchmarks. Benefiting from multiple pretraining tasks and large scale training corpora, pretrained models can capture complex syntactic word relations. In this paper, we use the deep contextualized language model BERT for the task of ad hoc table retrieval. We investigate how to encode table content considering the table structure and input length limit of BERT. We also propose an approach that incorporates features from prior literature on table retrieval and jointly trains them with BERT. In experiments on public datasets, we show that our best approach can outperform the previous state-of-the-art method and BERT baselines with a large margin under different evaluation metrics.Comment: Accepted at SIGIR 2020 (Long

Semi-Weakly Supervised Learning for Label-efficient Semantic Segmentation in Expert-driven Domains

Unter Zuhilfenahme von Deep Learning haben semantische Segmentierungssysteme beeindruckende Ergebnisse erzielt, allerdings auf der Grundlage von überwachtem Lernen, das durch die Verfügbarkeit kostspieliger, pixelweise annotierter Bilder limitiert ist. Bei der Untersuchung der Performance dieser Segmentierungssysteme in Kontexten, in denen kaum Annotationen vorhanden sind, bleiben sie hinter den hohen Erwartungen, die durch die Performance in annotationsreichen Szenarien geschürt werden, zurück. Dieses Dilemma wiegt besonders schwer, wenn die Annotationen von lange geschultem Personal, z.B. Medizinern, Prozessexperten oder Wissenschaftlern, erstellt werden müssen. Um gut funktionierende Segmentierungsmodelle in diese annotationsarmen, Experten-angetriebenen Domänen zu bringen, sind neue Lösungen nötig. Zu diesem Zweck untersuchen wir zunächst, wie schlecht aktuelle Segmentierungsmodelle mit extrem annotationsarmen Szenarien in Experten-angetriebenen Bildgebungsdomänen zurechtkommen. Daran schließt sich direkt die Frage an, ob die kostspielige pixelweise Annotation, mit der Segmentierungsmodelle in der Regel trainiert werden, gänzlich umgangen werden kann, oder ob sie umgekehrt ein Kosten-effektiver Anstoß sein kann, um die Segmentierung in Gang zu bringen, wenn sie sparsam eingestetzt wird. Danach gehen wir auf die Frage ein, ob verschiedene Arten von Annotationen, schwache- und pixelweise Annotationen mit unterschiedlich hohen Kosten, gemeinsam genutzt werden können, um den Annotationsprozess flexibler zu gestalten. Experten-angetriebene Domänen haben oft nicht nur einen Annotationsmangel, sondern auch völlig andere Bildeigenschaften, beispielsweise volumetrische Bild-Daten. Der Übergang von der 2D- zur 3D-semantischen Segmentierung führt zu voxelweisen Annotationsprozessen, was den nötigen Zeitaufwand für die Annotierung mit der zusätzlichen Dimension multipliziert. Um zu einer handlicheren Annotation zu gelangen, untersuchen wir Trainingsstrategien für Segmentierungsmodelle, die nur preiswertere, partielle Annotationen oder rohe, nicht annotierte Volumina benötigen. Dieser Wechsel in der Art der Überwachung im Training macht die Anwendung der Volumensegmentierung in Experten-angetriebenen Domänen realistischer, da die Annotationskosten drastisch gesenkt werden und die Annotatoren von Volumina-Annotationen befreit werden, welche naturgemäß auch eine Menge visuell redundanter Regionen enthalten würden. Schließlich stellen wir die Frage, ob es möglich ist, die Annotations-Experten von der strikten Anforderung zu befreien, einen einzigen, spezifischen Annotationstyp liefern zu müssen, und eine Trainingsstrategie zu entwickeln, die mit einer breiten Vielfalt semantischer Information funktioniert. Eine solche Methode wurde hierzu entwickelt und in unserer umfangreichen experimentellen Evaluierung kommen interessante Eigenschaften verschiedener Annotationstypen-Mixe in Bezug auf deren Segmentierungsperformance ans Licht. Unsere Untersuchungen führten zu neuen Forschungsrichtungen in der semi-weakly überwachten Segmentierung, zu neuartigen, annotationseffizienteren Methoden und Trainingsstrategien sowie zu experimentellen Erkenntnissen, zur Verbesserung von Annotationsprozessen, indem diese annotationseffizient, expertenzentriert und flexibel gestaltet werden

Objective assessment of stored blood quality by deep learning

Stored red blood cells (RBCs) are needed for life-saving blood transfusions, but they undergo continuous degradation. RBC storage lesions are often assessed by microscopic examination or biochemical and biophysical assays, which are complex, time-consuming, and destructive to fragile cells. Here we demonstrate the use of label-free imaging flow cytometry and deep learning to characterize RBC lesions. Using brightfield images, a trained neural network achieved 76.7% agreement with experts in classifying seven clinically relevant RBC morphologies associated with storage lesions, comparable to 82.5% agreement between different experts. Given that human observation and classification may not optimally discern RBC quality, we went further and eliminated subjective human annotation in the training step by training a weakly supervised neural network using only storage duration times. The feature space extracted by this network revealed a chronological progression of morphological changes that better predicted blood quality, as measured by physiological hemolytic assay readouts, than the conventional expert-assessed morphology classification system. With further training and clinical testing across multiple sites, protocols, and instruments, deep learning and label-free imaging flow cytometry might be used to routinely and objectively assess RBC storage lesions. This would automate a complex protocol, minimize laboratory sample handling and preparation, and reduce the impact of procedural errors and discrepancies between facilities and blood donors. The chronology-based machine-learning approach may also improve upon humans’ assessment of morphological changes in other biomedically important progressions, such as differentiation and metastasis