Informed Machine Learning - A Taxonomy and Survey of Integrating Prior Knowledge into Learning Systems

计算机科学 分类学(生物学) 人工智能 机器学习 知识表示与推理 主动学习(机器学习) 领域(数学) 数学 植物 生物 纯数学
作者
Laura von Rueden,Sebastian Mayer,Katharina Beckh,Bogdan Georgiev,Sven Giesselbach,Raoul Heese,Birgit Kirsch,Michał Walczak,Julius Pfrommer,Annika Pick,Rajkumar Ramamurthy,Jochen Garcke,Christian Bauckhage,Jannis Schuecker
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:524
标识
DOI:10.1109/tkde.2021.3079836
摘要

Despite its great success, machine learning can have its limits when dealing with insufficient training data. A potential solution is the additional integration of prior knowledge into the training process which leads to the notion of informed machine learning. In this paper, we present a structured overview of various approaches in this field. We provide a definition and propose a concept for informed machine learning which illustrates its building blocks and distinguishes it from conventional machine learning. We introduce a taxonomy that serves as a classification framework for informed machine learning approaches. It considers the source of knowledge, its representation, and its integration into the machine learning pipeline. Based on this taxonomy, we survey related research and describe how different knowledge representations such as algebraic equations, logic rules, or simulation results can be used in learning systems. This evaluation of numerous papers on the basis of our taxonomy uncovers key methods in the field of informed machine learning.
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