latex

مُلَخَّصُ

تَتَناوَل تَطْبِيقات المُراقَبَةِ الأَرْضِيَّة الَّتِي تَشْمَل مَصادِرُ بَياناتٍ مُعَقَّدَةٌ وَمُتَنَوِّعَةٍ عادَةً بِنَماذِج التَعَلُّمِ الآلِيِّ. وَمَعَ ذٰلِكَ، هُناكَ اِفْتِراضِ شائِع بِأَنَّ مَصادِرُ البَياناتِ سَتَكُون مُتاحَةٍ بِشَكْلٍ مُسْتَمِرٍّ. يُمْكِن أَنَّ تُؤَثِّر حالاتِ مُخْتَلِفَةٍ عَلَى تَوافُرِ مَصادِرُ المُراقَبَةِ الأَرْضِيَّة، مِثْلَ الضَوْضاء، السُحُبِ، أَو فَشَلِ مُهِمّاتِ الأَقْمارِ الصِناعِيَّةِ. فِي هٰذا العَمَلِ، نَقُوم بِتَقْيِيم تَأْثِيرِ فُقْدانِ مَصادِرُ المُراقَبَةِ الأَرْضِيَّة الزَمَنِيَّةِ وَالثابِتَة فِي النَماذِجِ المُدَرِّبَة عَبْرَ أَرْبَع مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ مَعَ مَهامِّ التَصْنِيفِ وَالاِنْحِدار. نُقارَن جُودَة التَنَبُّؤ لِلطُرُق المُخْتَلِفَةِ وَنَجِد أَنَّ بِعَضُّها أَكْثَرَ قُدْرَةِ عَلَى تَحْمِل البَياناتِ المَفْقُودَةَ بِشَكْلٍ طَبِيعِيٍّ. تَحَقَّقَ إِسْتراتِيجِيَّةِ الانسامبل، عَلَى وَجْهِ الخُصُوصِ، قُدْرَةِ تَنَبُّؤِيّه تَصِل إِلَى 100%. نُوَضِّح أَنَّ السِينارِيُوهات المَفْقُودَةَ تُمَثِّل تَحَدِّيا أَكْبَرَ بِكَثِيرٍ فِي مَهامِّ الاِنْحِدارِ مُقارَنَةً بِمَهامّ التَصْنِيفِ. وَأَخِيرا، نَجِد أَنَّ الرُؤْيَةِ البَصَرِيَّةِ هِيَ الأَكْثَرَ أَهَمِّيَّةً عِنْدَما تَكُون مَفْقُودَةٍ بِشَكْلٍ فَرْدِيٌّ.

مُقَدِّمَةِ

تَسْتَفِيد العَدِيدَ مِن الحُلُولِ المُعْتَمَدَةِ عَلَى البَياناتِ فِي الاِسْتِشْعارِ عَن بُعْدَ مِن بَياناتٍ مَصادِرُ مُتَعَدِّدَةِ (garnot2022multi, mena2022common). الهَدَفَ مِن اِسْتِخْدامِ مَصادِرُ مُتَعَدِّدَةِ هُوَ تَأْكِيدِ وَتُكْمِله المَعْلُوماتِ حَوْلَ المُلاحَظاتِ الفَرْدِيَّةِ (أَو الآراءِ) لِلمُهِمَّةِ المُحَدَّدَةِ. تُوَفِّر الأَدَبِيّاتِ دَلِيلاً عَلَى أَنَّ إِدْراجِ بَياناتٍ إِضافِيَّةً أَمْرٌ حاسِمٍ لَإِثْراء التنميط وَتَحْسِينِ الجُودَةِ التَنَبُّؤِيَّة (garnot2022multi, hong2020more, mena2023comparative). وَمَعَ ذٰلِكَ، قَد لا تَكُون الاِفْتِراضِيَّةِ الَّتِي تَفْتَرِض أَنَّ مَصادِرُ البَياناتِ مُتاحَةٍ بِشَكْلٍ دائِمٍ صَحِيحَةٍ.

هُناكَ مَواقِفَ مُخْتَلِفَةٍ قَد لا تَكُون فِيها مَصادِرُ البَياناتِ مُتاحَةٍ. قَد يَكُون لَأَجْهِزَة الاِسْتِشْعارِ عَن بُعْدَ المُحَدَّدَةِ عُمَر مَحْدُودٍ (عَلَى سَبِيلِ المِثالِ، بِناءَ عَلَى اِسْتِخْدامِ الوَقُودِ)، وَقَد تَتَأَثَّر بِالضَوْضاء (hong2020more) أَو السُحُبِ فِي حالَةِ أَجْهِزَةِ الاِسْتِشْعارِ البَصَرِيَّةِ (garnot2022multi). بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، يُمْكِن أَنَّ تُنْهِي الأَخْطاءِ غَيْرِ المُتَوَقَّعَةِ العَمَلِيَّةِ مُبَكِّراً، مِثْلَ فَشَلِ القَمَر الصِناعِيِّ Sentinel-1B فِي عامَ 2021.

عَلَى الرَغْمِ مِن التَرْكِيزِ البَحْثِيّ عَلَى نَماذِجَ التَعَلُّمِ المُتَعَدِّدِ الآراءِ (mvl) الأَكْثَرَ تَعْقِيداً (mena2022common)، فَقَد اِسْتَكْشَفَت أَعْمالٍ قَلِيلَةٍ تَحَدِّي الآراءِ المَفْقُودَةَ، وَخاصَّةً مَصادِرُ البَياناتِ المَفْقُودَةَ. اِقْتَرَحَ Srivastava وَآخَرُونَ (srivastava2019understanding) تَقْنِيَّةٍ لَاِسْتِرْجاع عَيِّنَةً مُماثِلَةٍ عِنْدَ فُقْدانِ رَأْيِ واحِدٍ. أَظْهَرَ Hong وَآخَرُونَ (hong2020more) أَنَّ تَنَبُّؤات نَماذِجَ التَعَلُّمِ المُتَعَدِّدِ الآراءِ تَتَأَثَّر بِشَكْلٍ أَقَلَّ عِنْدَ فُقْدانِ الآراءِ. أَظْهَرَ Gawlikowski وَآخَرُونَ (gawlikowski2023handling) أَنَّ فُقْدانِ الرُؤْيَةِ البَصَرِيَّةِ يُؤَثِّر عَلَى التَنَبُّؤات أَكْثَرَ مِن فُقْدانِ الرُؤْيَةِ الرادارِيَّة. عَلَى عَكْسَ الأَعْمالِ الحَدِيثَةِ، نُقَدِّم دِراسَةٌ حَوْلَ مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ مُتَعَدِّدَةِ تَشْمَل البَياناتِ الزَمَنِيَّةِ وَالبَياناتِ الثابِتَةِ.

نَسْتَكْشِف السُؤالُ البَحْثِيّ التالِي: ما هُوَ تَأْثِيرِ الآراءِ المَفْقُودَةَ فِي نَماذِجَ التَعَلُّمِ المُتَعَدِّدِ الآراءِ مَعَ مَصادِرُ الاِسْتِشْعارِ عَن بُعْدَ الزَمَنِيَّةِ وَالثابِتَة؟ تُعْتَبَر تَحْلِيلاتنا حالَةِ خاصَّةٍ مِن اِنْتِقالِ المَجالِ، حَيْثُ التَغْيِيرِ هُوَ البَياناتِ المَفْقُودَةَ أَثْناءَ الاِسْتِدْلال. اِسْتِناداً إِلَى نَتائِجِ مَتانَةَ التَنَبُّؤ لِلبَيانات المَفْقُودَةَ، يُتِيح لَنا ذٰلِكَ صِياغَةِ نَصائِحَ حَوْلَ اِخْتِيارِ النَمُوذَجِ بِناءَ عَلَى نَوْعٍ المُهِمَّةِ وَالآراءُ المدخله. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، يُمْكِن أَنَّ تَكُون هٰذِهِ الدِراسَةُ وَسِيلَةً لِمُراقَبَةِ وَفُهِمَ تَأْثِيرِ الآراءِ المُحَدَّدَةِ فِي النَماذِجِ المُدَرِّبَة، فَضْلاً عَن حَسّاسِيَّةٍ هٰذِهِ النَماذِجِ لِلبَيانات المَفْقُودَةَ.

تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات وَالوُجُهات المَفْقُودَةَ

تَتَكَوَّن إِعْدادات تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات مِن وُجُودِ وُجُهاتِ مُتَعَدِّدَةِ كَبَيانات إِدْخالُ لَنَمُوذَج التَعَلُّمِ الآلِيِّ لِتَحْسِينِ جُودَة التَنَبُّؤ (mena2022common). يُمْكِن أَنَّ تَكُون الوِجْهَةِ أَيّ مَجْمُوعَةِ مِن المِيزاتِ أَو مَصادِرُ البَياناتِ الَّتِي تُعَبِّر عَن وِجْهَةِ نَظَرِ مُخْتَلِفَةٍ لِكُلِّ عَيِّنَةً، مِثْلَ الصُوَرِ البَصَرِيَّةِ أَو الرادارِيَّة، مُؤَشِّراتٌ الغِطاءُ النَباتِيّ، مَعْلُوماتٍ التَضارِيس أَو البَياناتِ الوَصْفِيَّة.

لَقَد اِسْتَكْشَفَت العَدِيدَ مِن الأَعْمالِ فِي الأَدَبِيّاتِ نَماذِجَ تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات بِاِسْتِخْدامِ الشَبَكاتِ العَصَبِيَّةِ لِتَحْقِيقِ دَمْجِ مِثالِيٌّ لِلبَيانات (garnot2022multi, mena2023comparative). تُسْتَخْدَم بِعَضِّ نَماذِجَ تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات القِياسِيَّةِ إِسْتراتِيجِيّاتِ دَمْجِ الإِدْخال، المِيزَة، أَو القَرارِ، حَيْثُ يُوحِي الاِسْمِ بِالفِعْلِ بِالجُزْء مِن بِنْيَةَ النَمُوذَجِ الَّذِي يَتِمّ وَضْعِ الدَمْجِ فِيهِ (الطَبَقَةِ الأُولَى، الوَسَطِيّ، أَو الأَخِيرَةِ عَلَى التَوالِي). بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، فِي إِسْتراتِيجِيَّةِ المَجْمُوعَةِ (mena2023comparative)، يَتِمّ تَجْمِيعِ التَنَبُّؤات مِن النَماذِجِ المُخَصَّصَةِ لِلوُجُهات (المُدَرِّبَة مُسْبَقاً).

أَثْناءَ الاِسْتِدْلال، يُمْكِن اِعْتِبارِ حُدُوثِ وُجُهاتِ مَفْقُودَةٍ كَحالَةٍ خاصَّةٍ مِن تَحَوَّلَ المَجالِ (gawlikowski2023handling). مِن خِلالَ فُقْدانِ الوُجُهات، تَنْحَرِف بَياناتٍ الإِدْخال عَن تَوْزِيعِ التَدْرِيبِ، مِمّا يُؤَدِّي إِلَى سِينارِيو لَم يَكُن النَمُوذَجِ مُسْتَعِدّاً لَهُ. وَمَعَ ذٰلِكَ، هُناكَ بِعَضِّ التَقْنِيّاتِ المُطَبَّقَةِ عَلَى النَماذِجِ المُدَرِّبَة الَّتِي يُمْكِن أَنَّ تُخَفِّف مِن هٰذا التَأْثِيرِ، وَالَّتِي نَصِفها أَدَنّاهُ.

التَقْدِيرِ. تَقْنِيَّةٍ بَسِيطَةً هِيَ مِلْءِ الوُجُهات المَفْقُودَةَ (hong2020more). نَظَراً لِأَنَّنا نَعْتَبِر الحالَةِ الَّتِي تَكُون فِيها الوِجْهَةِ المَفْقُودَةَ مَصْدَرٌ بَياناتٍ كامِلٍ، لا تُوجَد مِيزاتِ مُتاحَةٍ لَتَقْنِيّات الاِسْتِيفاء أَو الرَسْمُ الداخِلِيِّ. لِذٰلِكَ، نَسْتَخْدِم مُتَوَسِّطُ كُلِّ وِجْهَةِ فِي بَياناتٍ التَدْرِيبِ كَقِيمَة لِلتَقْدِير، حَيْثُ إِنَّها تُوَفِّر مَعْلُوماتٍ أَكْثَرَ مِن قِيمَةَ تَعَسُّفِيّه.

النَمُوذَجِ. اِسْتِناداً إِلَى اِسْتِرْجاعِ المَعْلُوماتِ، يُمْكِن اِسْتِبْدالِ الوِجْهَةِ المَفْقُودَةَ بِعَيْنه مُماثِلَةٍ مِن خِلالَ البَحْثِ فِي مَجْمُوعَةِ التَدْرِيبِ. نَعْتَبِر التَقْنِيَّةِ فِي (srivastava2019understanding) الَّتِي تَبْحَث عَن الوِجْهَةِ المَفْقُودَةَ بِاِسْتِخْدامِ الوُجُهات المُتاحَةِ فِي مِساحَةِ مُشْتَرَكَةٍ. يَتِمّ الحُصُولِ عَلَى المِساحَةَ بِإِسْقاط خُطَى (عَبْرَ CCA) مِن المِيزاتِ المستفاده مِن أَيّ نَمُوذَجَ تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات مُنْفَصِل.

التَجاهُلِ. تَمَّ تَكْيِيفَ بِعَضِّ نَماذِجَ تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات لِلوُجُهات المَفْقُودَةَ مِن خِلالَ دَمْجِ دِينامِيكِيٍّ. فِي إِسْتراتِيجِيَّةِ المَجْمُوعَةِ، يَتِمّ حَذْفَ التَنَبُّؤات لِلنَمُوذَج المُخَصَّصِ لِلوُجْهَة المَفْقُودَةَ فِي التَجْمِيع. بِالمِثْلِ، مَعَ دَمْجِ المِيزاتِ، يَتِمّ تَجاهُلُ مِيزاتِ الوُجُهات المَفْقُودَةَ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ المُتَوَسِّطِ كَوَظِيفَة دَمْجِ. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، نَتَضَمَّن نَمُوذَجَ تَعْلَم مُتَعَدِّدِ الوُجُهات مَعَ دَمْجِ مُبَوَّب (mena2023comparative) يُعِيد تَطْبِيعِ الاوزان المُبَوَّبَة بِناءَ عَلَى الوُجُهات المُتاحَةِ (يَتِمّ حَذْفَ الوُجُهات المَفْقُودَةَ).

التَقْيِيم

مَجْمُوعاتٍ البَياناتِ

فِيما يَلِي نِصْفِ أَرْبَع مَجْمُوعاتٍ بَياناتٍ اُسْتُخْدِمَت فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ، وَتَعَرَّضَ الجَدْوَلُ [tab:data] بِعَضِّ خَصائِصِ هٰذِهِ المَجْمُوعاتِ.

بَياناتٍ الحِصاد الزِراعِيِّ الثُنائِيَّةِ: نَسْتَخْدِم بَياناتٍ الحِصاد الزِراعِيِّ لِلتَعَرُّفِ عَلَى المَحاصِيل مُتَعَدِّدَةِ الوُجُهات (tseng2021crop). هٰذِهِ مُهِمَّةً ثُنائِيَّةٍ يَتِمّ فِيها التَنَبُّؤ بِوُجُودِ أَو عَدَمِ وُجُودِ مَحْصُولِ مُعَيَّنٍ فِي مَوْقِعِ مُعَيَّنٍ خِلالَ مَوْسِمِ مُعَيَّنٍ. المدخلات هِيَ الصُوَرِ البَصَرِيَّةِ (مِن S2)، وَالرادارُ (مِن S1)، وَسَلاسِل زَمَنِيَّةٍ لِلطَقْس. تَمَّ إِعادَةِ تَحْدِيدِ عَيِّناتٍ هٰذِهِ الوُجُهات الزَمَنِيَّةِ شَهْرِيّاً لِمُدَّةِ عامَ. وِجْهَةِ نَظَرِ إِضافِيَّةً ثابِتَةٍ هِيَ المَعْلُوماتِ التُوبُوغرافِيَّة.

بَياناتٍ الحِصاد الزِراعِيِّ المُتَعَدِّدَةِ: نَسْتَخْدِم نُسْخَةً مُتَعَدِّدَةِ المَحاصِيل مِن بَياناتٍ الحِصاد الزِراعِيِّ مَعَ 10 فِئاتِ، أَنْظُر (tseng2021crop) لِلتَفاصِيل. نَسْتَخْدِم نَفْسِ المدخلات كَما فِي بَياناتٍ الحِصاد الزِراعِيِّ الثُنائِيَّةِ.

مُحْتَوَى الرُطُوبَة مُتَعَدِّدِ الوُجُهات: نَسْتَخْدِم مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ لَتَقْدِير مُحْتَوَى الرُطُوبَة مُتَعَدِّدِ الوُجُهات (rao2020sar). هٰذِهِ مُهِمَّةً اِنْحِدارٌ حَيْثُ يَتِمّ التَنَبُّؤ بِنِسْبَةِ الماءِ فِي النَباتات مُقارَنَةً بِالكُتْلَة الجافَّةِ (بِالنِسْبَةِ المِئَوِيَّة) فِي مَوْقِعِ مُعَيَّنٍ فِي لَحْظَةٍ مُحَدَّدَةٍ. المدخلات هِيَ الصُوَرِ البَصَرِيَّةِ (مِن L8) وَسَلاسِل زَمَنِيَّةٍ لِلرادار (مِن S1). تَمَّ إِعادَةِ تَحْدِيدِ عَيِّناتٍ هٰذِهِ الوُجُهات شَهْرِيّاً عَلَى مَدَى 4 أَشْهُرٍ. وُجُهاتِ نَظَرِ إِضافِيَّةً ثابِتَةٍ هِيَ المَعْلُوماتِ التُوبُوغرافِيَّة، خَصائِصِ التُرْبَةَ، اِرْتِفاعِ الغِطاءُ النَباتِيّ، وَفِئَة تَغْطِيَةِ الأَرْضِ.

تَقْدِيرٍ مَحْصُولِ الحُبُوبِ مُتَعَدِّدِ الوُجُهات: نَسْتَخْدِم مَجْمُوعَةِ بَياناتٍ لَتَقْدِير مَحْصُولِ الحُبُوبِ مُتَعَدِّدِ الوُجُهات (perich2023pixel)، مَعَ التَرْكِيزِ عَلَى الحُبُوبِ. هٰذِهِ مُهِمَّةً اِنْحِدارٌ حَيْثُ يَتِمّ التَنَبُّؤ بِكَمِّيَّةِ المَحْصُول (بِالطُنّ لِكُلِّ هِكْتار) الَّتِي تَمَّ زِراعَتها فِي مَوْقِعِ مُعَيَّنٍ خِلالَ مَوْسِمِ النُمُوِّ. المدخلات هِيَ الصُوَرِ البَصَرِيَّةِ (مِن S2)، وَسَلاسِل زَمَنِيَّةٍ لِلطَقْس. تَمَّ مُحاذاةِ وِجْهَةِ الطَقْسُ مَعَ سِلْسِلَةٍ الوَقْتِ البَصَرِيَّةِ (عَيِّنَةً كُلِّ 5 أَيّامٍ) مِن البَذْر حَتَّى الحِصاد (طُولِ مُتَغَيِّر).

إِعْدادات التَجْرِبَةِ

نُطَبِّق تَسْوِيَةٍ النِقاطِ الزائِدَةَ عَلَى البَياناتِ المدخله. يَتِمّ ترميز العَرْضِ الفِئَوِيّ وَالتَرْتِيبِيّ (تَغْطِيَةِ الأَرْضِ وَاِرْتِفاعِ الغِطاءُ النَباتِيّ) بترميز المُتَّجِه الساخِنِ. نَسْتَخْدِم شَبَكَةِ عَصَبِيَّةُ مُتَعَدِّدَةِ الطَبَقاتِ، كَمِشْفَر لِلعَرُوضِ الثابِتَةِ. بِالنِسْبَةِ لِلعَرُوضِ الزَمَنِيَّةِ، نَسْتَخْدِم شَبَكَةِ تلافيفيه أُحادِيَّةُ البُعْدِ، بِاِسْتِثْناءِ فِي بَياناتٍ مُحْتَوَى الرُطُوبَة القابِلَةِ لِلاِشْتِعالِ حَيْثُ نَسْتَخْدِم شَبَكَةِ مُتَكَرِّرَةٍ (مَعَ وَحَداتٍ مُتَكَرِّرَةٍ مُسَيْطِر عَلَيها) كَمِشْفَر. نَسْتَخْدِم طَبَقَتَيْنِ بِأَبْعاد 128 فِي المشفرات، وَشَبَكَةِ عَصَبِيَّةُ مُتَعَدِّدَةِ الطَبَقاتِ بِطَبَقَة مَخْفِيّه واحِدَةٍ مِن 128 وَحْدَةِ كَرَأْس تَنَبُّؤ. يَسْتَخْدِم مُحْسِن ADAM مَعَ حَجْمِ دَفْعَةً 128 وَتَوَقَّفَ مُبَكِّرٍ. تَكُون دالَّةٍ الخَسارَةِ هِيَ الانتروبيا المُتَقاطِعَة فِي التَصْنِيفِ وَالخَطَأ التَرْبِيعِيّ الوَسَطِيّ فِي مُهِمَّةً الاِنْحِدارِ.

نَقُوم بِالتَدْرِيب وَالتَقْيِيم بِاِسْتِخْدامِ التَحَقُّقِ المُتَقاطِعِ 10-أَضْعافٍ. يَتِمّ قِياسُ جُودَة التَنَبُّؤ بِالدِقَّةِ المُطْلَقَةِ فِي التَصْنِيفِ، وَمَعامِلِ التَحْدِيدِ فِي الاِنْحِدارِ. نَتَضَمَّن النَتائِجِ المُقَدَّمَةِ مِن قِبَلَ هاينريش وَآخَرُونَ (heinrich2023targeted). تَعْتَمِد عَلَى الخَطَأ فِي التَنَبُّؤات مَعَ العُرُوضِ المَفْقُودَةَ مُقارَنَةً بِنَفْسِ الخَطَأ عِنْدَ تَوافُرِ جَمِيعِ العُرُوضِ.

سِينارِيُوهاتٍ العَرْضِ المَفْقُود

تَعْتَمِد التَقْيِيمات عَلَى نَماذِجَ تَمَّ تَدْرِيبها بِاِسْتِخْدامِ جَمِيعِ العُرُوضِ. يَتَكَوَّن سِينارِيو العُرُوضِ المَفْقُودَةَ مِن إِجْراءِ التَنَبُّؤات عَلَى طَيّه التَحَقُّقِ بِاِسْتِخْدامِ عَدَدٍ أَقَلَّ مِن العُرُوضِ المُتاحَةِ مُقارَنَةً بِفَتْرَةِ التَدْرِيبِ. نُجْرِي تَجارِبِ مَعَ دَرَجَةِ مُعْتَدِلَةٍ مِن النَقْصِ، كَما فِي الحالَةِ الَّتِي يَكُون فِيها الرادارِ فَقَط مَفْقُوداً، وَعِنْدَما يَكُون البَصْرِيّ مَفْقُوداً؛ دَرَجَةِ نَقْصِ مُتَوَسِّطَةِ، عِنْدَما تَكُون جَمِيعِ العُرُوضِ الأُخْرَى مَفْقُودَةٍ بِاِسْتِثْناءِ الرادارِ وَالبَصَرِيُّ (الاِسْتِدْلال بِاِسْتِخْدامِ الرادارِ وَالبَصَرِيُّ)؛ وَدَرَجَة نَقْصِ شَدِيدَةٍ، عِنْدَما تَكُون جَمِيعِ العُرُوضِ مَفْقُودَةٍ بِاِسْتِثْناءِ واحِدَةٍ: اِسْتِدْلال بِعَرْضِ واحِدٍ فَقَط بِاِسْتِخْدامِ الرادارِ أَو البَصْرِيّ. نُقارَن التَقْنِيّاتِ المَوْصُوفَة فِي القِسْمِ [sec:methods]. نَمُوذَجَيْنِ مِن نَماذِجَ Multi-View Learning مَعَ تَقْنِيَّةٍ الإِدْخال: الإِدْخال وَالمِيزَةُ مَعَ الدَمْجِ (Input-concat, Feature-concat). ثَلاثَةِ نَماذِجَ مِن Multi-View Learning مَعَ تَقْنِيّاتِ التَجاهُلِ: المِيزَة وَالتَجْمِيع مَعَ التوسيط (Feature-avg, Ensemble-avg)، وَالمِيزَةُ مَعَ الدَمْجِ المُوَجَّهِ (Feature-gated). وَأَخِيرا، نَمُوذَجَ واحِدٍ مِن Multi-View Learning يَعْتَمِد عَلَى دَمْجِ المِيزاتِ مَعَ تَقْنِيَّةٍ النَمُوذَجِ الأُسْوَة (Feature-cca، أَنْظُر القِسْمِ [sec:methods] لِلتَفاصِيل).

نَتائِجِ التَجْرِبَةِ

فِي الجَداوِل [tab:missing:aa:cropB]-[tab:missing:aa:cropM] نَعْرِض جُودَة التَنَبُّؤ فِي مَهامِّ التَصْنِيفِ. تَنْخَفِض نَتائِجِ طَرِيقَةِ دَمْجِ المدخلات بِشَكْلٍ مَلْحُوظٍ عِنْدَما تَكُون العُرُوضِ مَفْقُودَةٍ. لُوحِظَ أَنَّهُ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ تَقْنِيّاتِ دَمْجِ المِيزاتِ مَعَ تَقْنِيّاتِ التَجاهُلِ (مُتَوَسِّطُ المِيزاتِ، بَوّابَةِ المِيزاتِ) يَتِمّ التَخْفِيفِ مِن تَأْثِيرِ العُرُوضِ المَفْقُودَةَ أَكْثَرَ مِن اِسْتِخْدامِ تَقْنِيّاتِ الاِسْتِبْدال أَو النَمُوذَجِ (دَمْجِ المِيزاتِ، تَحْلِيلِ المُكَوِّناتِ القنونيه لِلمِيزات). وَمَعَ ذٰلِكَ، لا تَحَقَّقَ هٰذِهِ القِيَمِ الَّتِي يُحَقِّقها مُتَوَسِّطُ الانسامبل، وَالَّذِي هُوَ الأَقَلِّ تَأَثُّراً بِالعُرُوض المَفْقُودَةَ.

نُلاحِظ نَتائِجِ مُماثِلَةٍ فِي مَهامِّ الاِنْحِدارِ، كَما هُوَ مُوَضِّح فِي الجَداوِل [tab:missing:r2:lfmc]-[tab:missing:r2:yield]، بِاِسْتِثْناءِ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ تَقْنِيّاتِ التَجاهُلِ. تُصْبِح تَنَبُّؤات نَماذِجَ دَمْجِ المِيزاتِ الَّتِي تُسْتَخْدَم تَقْنِيّاتِ التَجاهُلِ أَسْوَأ، حَتَّى تَصِل إِلَى قِيَمِ سَأَلُبّه لِ عِنْدَما تَكُون العُرُوضِ مَفْقُودَةٍ. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، فَإِنَّ نَتائِجِ طَرِيقَةِ مُتَوَسِّطُ الانسامبل فِي بَياناتٍ سَيِّئَةٌ نِسْبِيّاً (\( \approx 0.3\)) بِدُونِ أَو بِدَرَجَةِ مُعْتَدِلَةٍ مِن العُرُوضِ المَفْقُودَةَ.

لِنَتائِجِ القُوَّةِ فِي الشَكْلِ [fig:prs:cropbinary] وَ [fig:prs:lfmc]، نُؤَكِّد عَلَى التَأْثِيرِ الأَقَلِّ لِلعَرُوضِ المَفْقُودَةَ فِي نَماذِجَ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ تَقْنِيّاتِ التَجاهُلِ. حَصَلَت طَرِيقَةِ مُتَوَسِّطُ الانسامبل عَلَى قَرِيبٍ مِن واحِدٍ فِي بِعَضِّ الحالاتِ، مِمّا يَعْنِي أَنَّ خَطَأ التَنَبُّؤات مَعَ العُرُوضِ المَفْقُودَةَ أَقَلَّ أَو مُماثِلٍ لِلخَطَأ فِي التَنَبُّؤات بِدُونِ عُرُوضٍ مَفْقُودَةٍ. وَمَعَ ذٰلِكَ، هٰذا مُتَوَسِّطُ، حَيْثُ لا يَزال هُناكَ تَغْيِيراتٍ سَلْبِيَّةٍ فِي جُودَة التَنَبُّؤ، مِثْلَ عِنْدَما يَكُون الرادارِ مَفْقُوداً فِي بَياناتٍ (الجَدْوَلُ [tab:missing:aa:cropB]، مَعَ PRS مِن واحِدٍ)، أَو جُودَة تَنَبُّؤِيّه سَيِّئَةٌ نِسْبِيّاً، مِثْلَ فِي بَياناتٍ (الجَدْوَلُ [tab:missing:r2:lfmc]). نُلاحِظ أَنَّ طَرِيقَةِ دَمْجِ المِيزاتِ لَدَيها قُوَّةٍ أَعْلَى مِن مُتَوَسِّطُ المِيزاتِ وَبَوّابَة المِيزاتِ فِي الاِنْحِدارِ. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، فَإِنَّ طَرِيقَةِ تَحْلِيلِ المُكَوِّناتِ القنونيه لِلمِيزات لَدَيها قُوَّةٍ مُنْخَفَضه جِدّاً، خاصَّةٍ فِي مَهامِّ الاِنْحِدارِ، حَيْثُ تَصِل إِلَى PRS مِن 0 فِي بِعَضِّ السِينارِيُوهات.

بِشَكْلٍ عامَ، نُلاحِظ أَنَّ تَأْثِيرِ العُرُوضِ المَفْقُودَةَ يَعْتَمِد عَلَى نَمُوذَجَ بِالإِضافَةِ إِلَى كَيْفِيَّةِ التَعامُلِ مَعَ العُرُوضِ المَفْقُودَةَ، كَما أَظْهَرَت الأَعْمالِ السابِقَةِ (hong2020more, garnot2022multi, gawlikowski2023handling). يَزْداد التَأْثِيرِ السَلْبِيِّ لِلعَرْضِ المَفْقُود مِن الدَرَجَةِ المُعْتَدِلَةَ إِلَى الدَرَجَةِ المُتَوَسِّطَةِ ثُمَّ إِلَى الدَرَجَةِ القُصْوَى. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، نُلاحِظ أَنَّ تَأْثِيرِ فُقْدانِ العَرْضِ البَصْرِيّ أَقْوَى مِن فُقْدانِ الرادارِ. هٰذا يَعْنِي أَنَّ العَرْضِ البَصْرِيّ أَصْعَب فِي التَكْمِلَة مِن غَيْرِهِ، مِمّا يَعْكِس أَهَمِّيَّتِهِ الأَكْبَرُ لِتَطْبِيقاتِ المُراقَبَةِ الأَرْضِيَّة المَدْرُوسَة. لا تَزال البَياناتِ الثانَوِيَّةِ، مِثْلَ العُرُوضِ الثابِتَةِ وَالجَوِّيَّةِ، تُوَفِّر مَعْلُوماتٍ قِيمَةَ لَنَماذِج . عَلَى سَبِيلِ المِثالِ، تُصْبِح جُودَة التَنَبُّؤ لِبَعْضِ الطُرُقِ فِي بَياناتٍ سَيِّئَةٌ جِدّاً عِنْدَما تَكُون العُرُوضِ الثابِتَةِ مَفْقُودَةٍ، وَفِي ، تُصْبِح بِعَضُّها أَسْوَأ بِكَثِيرٍ عِنْدَما تَكُون العُرُوضِ الجَوِّيَّةِ وَالثابِتَة مَفْقُودَةٍ مُقارَنَةً بِالعَرْضِ البَصْرِيّ.

الخُلاصَةِ

فِي هٰذا العَمَلِ، قُمْنا بِتَقْيِيم تَأْثِيرِ النَواحِي المَفْقُودَةَ فِي نَماذِجَ التَعَلُّمِ المُتَعَدِّدِ النَواحِي عَبْرَ مَهامِّ مُتَنَوِّعَةٍ مَعَ بَياناتٍ السَلاسِل الزَمَنِيَّةِ وَبَياناتِ الرَصْد الأَرْضِيّ الثابِتَةِ. أَظْهَرَنا أَنَّ فُقْدانِ نَواحِي مُعَيَّنَةٍ (مِثْلَ البَصَرِيَّةِ) يُؤَثِّر بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَلَى جُودَة التَنَبُّؤ، وَمَعَ زِيادَةِ عَدَدٍ النَواحِي المَفْقُودَةَ، يَزْداد التَأْثِيرِ السَلْبِيِّ أَيْضاً. مَعَ ذٰلِكَ، يُمْكِن تَحْسِينِ مَتانَةَ التَنَبُّؤ بِتَصْمِيمِ طَرِيقَةِ قابِلَةٍ لِلتَعْدِيلِ لِلنَواحِي المَفْقُودَةَ. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، بِسَبَبِ الاِخْتِلافاتِ فِي التَنَبُّؤ بِقِيمَةِ مُسْتَمِرَّةٌ مُقابِلَ قِيمَةَ فِئَوِيَّةٍ، يَكُون تَأْثِيرِ النَواحِي المَفْقُودَةَ أَكْثَرَ حِدَّةِ فِي مَهامِّ الاِنْحِدارِ مُقارَنَةً بِمَهامّ التَصْنِيفِ. اِسْتِناداً إِلَى النَتائِجِ، نُقَدِّم النَصائِحِ التالِيَةِ لِاِخْتِيارِ النَمُوذَجِ فِي سِينارِيُوهاتٍ النَواحِي المَفْقُودَةَ: إِذا كانَت النَواحِي كافِيَةٍ التَمْيِيزِ لِلسَماحِ بِالتَنَبُّؤات الفَرْدِيَّةِ لِلمُهِمَّةِ، اِسْتَخْدَمَ إِسْتراتِيجِيَّةِ الانسامبل الَّتِي تَتَجاهَل التَنَبُّؤات المَفْقُودَةَ، وَإِلّا اِسْتَخْدَمَ إِسْتراتِيجِيَّةِ دَمْجِ المِيزاتِ متجاهلا النَواحِي المَفْقُودَةَ فِي التَصْنِيفِ، أَو مُعالَجَةِ النَواحِي المَفْقُودَةَ فِي مَهامِّ الاِنْحِدارِ. بِما أَنَّنا اِسْتَكْشَفَنا حالَةِ نَماذِجَ التَعَلُّمِ المُتَعَدِّدِ النَواحِي المُدَرِّبَة، سَيُرَكِّز البَحْثِ المُسْتَقْبَلِيِّ عَلَى تَعْدِيلِ تَعْلَم النَمُوذَجِ.