EN TR
Randevu Al
← Bloga dön
Sorumlu Yapay Zeka

Daha Azdan Daha Fazlasını Öğrenmek: Aktif Öğrenmenin Yükselişi

Ali Güneş — PhD, Atlas Üniversitesi · · 13 dk okuma

Yapay zekâ çevrelerinde sürekli dolaşan bir söz var: "Veri yeni petroldür." Ama gerçek şu ki, petrolün aksine veri her zaman bol ve ucuz değildir. Medikal görüntüleme, uzaktan algılama, otonom sistemler ve endüstriyel kalite kontrol gibi alanlarda etiketli veri üretmek uzman zamanı, para ve bazen aylar süren emek gerektirir. Binlerce MR taramasını etiketleyen bir radyolog, drone görüntülerinde yabani otları tek tek işaretleyen bir ziraat mühendisi — hepsi pahalıdır.

Aktif Öğrenme (Active Learning) tam da bu noktada devreye giriyor. Fikir aslında oldukça insani: iyi bir öğretmen öğrenciye rastgele soru sormaz — öğrencinin en çok zorlandığı, belirsizliğin en yüksek olduğu konulara odaklanır. Aktif Öğrenme de modelle aynı şeyi yapar: modelin "en çok kafasının karıştığı" örnekleri seçer ve yalnızca onları uzmana etiketletir. Sonuç: çok daha az etiketli veriyle benzer ya da daha iyi başarım — çoğu zaman rastgele örneklemeye kıyasla %50–80 daha az etiketle.

Aktif Öğrenmenin bugün büyük dil modeli (LLM) veri seçimi ve ince ayar (fine-tuning) hatlarında, medikal görüntü analizinde ve otonom araç geliştirmede yeniden gündeme gelmesi tesadüf değil — etiketleme maliyeti hâlâ yapay zekâ projelerinin en büyük darboğazlarından biri.

Aktif Öğrenme nasıl çalışır?

Biçimsel tanım: beşli (quintuple) model

Literatürde bir aktif öğrenme sistemi tipik olarak bir beşli ile modellenir: (G, Q, S, T, U)

Bu beş bileşen kapalı bir döngü oluşturur: sınıflandırıcı G, havuz U'daki örnekleri değerlendirir; sorgu fonksiyonu Q bu değerlendirmeyi kullanarak en değerli örnekleri seçer; uzman S bunları etiketler; yeni etiketlenen örnekler T'ye eklenir; G yeniden eğitilir. Bu döngü, önceden belirlenmiş bir tur sayısına ulaşılana ya da bir durdurma ölçütü sağlanana kadar sürer.

Algoritma 1 — Genel Aktif Öğrenme prosedürü

1. Başlangıç eğitim kümesi T ile sınıflandırıcı G eğitilir
2. Havuz U'daki etiketsiz örnekler sınıflandırılır
Tekrarla:
    3. Sorgu fonksiyonu Q ile havuz U'dan bir X örnek kümesi sorgulanır
    4. Uzman S, sorgulanan X örneklerine gerçek etiketleri atar
    5. Yeni etiketlenen örnekler eğitim kümesi T'ye eklenir
    6. Sınıflandırıcı yeniden eğitilir
Bir durdurma ölçütü sağlanana kadar

Aktif Öğrenme döngüsü — G, Q, S, T, U beşlisi arasındaki döngüsel akış

Aktif Öğrenme döngüsü — G, Q, S, T, U beşlisi arasındaki döngüsel akış.

Bu sözde kod kısa, ama her AL yönteminin iskeletini oluşturuyor — DeepAL, BALD, CEAL ve hatta aşağıda paylaştığım AdaRisk-Agent ile UKM-AL çalışmaları da özünde aynı beş parçalı döngünün farklı bir Q (sorgu fonksiyonu) ve bazen farklı bir T güncelleme stratejisiyle kurulmuş varyasyonlarıdır. Yöntemler arasındaki asıl fark 3. adımda gizli: hangi örneğin "bilgilendirici" sayılacağına karar veren fonksiyon.

Daha sezgisel anlatmak gerekirse döngü şöyle işler:

Buradaki kritik soru şu: hangi örnek "bilgilendirici"dir? Yöntemler tam da bu noktada ayrışıyor.

Başlıca Aktif Öğrenme yöntemleri

1. Belirsizlik örneklemesi (uncertainty sampling)

Modelin en az emin olduğu örneği seç. En yaygın üç ölçüt:

H(x) = − Σᵢ p(yᵢ|x) · log p(yᵢ|x)

Entropi ne kadar yüksekse, modelin o örnekle ilgili "belirsizliği" o kadar büyüktür.

2. Komite ile sorgulama (Query-by-Committee, QBC)

Tek bir model yerine birden fazla model (bir komite) eğitilir. Komite üyeleri bir örnek üzerinde ne kadar çok anlaşmazlığa düşerse, o örnek o kadar değerlidir. Anlaşmazlık genellikle oy entropisi (vote entropy) ya da KL-ıraksaması ile ölçülür:

D_KL(Pᵢ ‖ P_consensus) = Σⱼ Pᵢ(yⱼ) · log [Pᵢ(yⱼ) / P_consensus(yⱼ)]

3. Beklenen model değişimi (expected model change)

Bir örneğin etiketlenmesinin model parametrelerinde ne kadar büyük bir güncelleme (gradyan büyüklüğü) üreteceği kestirilir; en büyük değişime yol açması beklenen örnek seçilir.

4. Çeşitlilik temelli yöntemler (diversity-based / core-set)

Yalnızca belirsizliğe bakmak, bazen birbirine benzeyen, sıkışık kümelenmiş örneklerin seçilmesine ("fazlalık"/redundancy) yol açabilir. Core-set yaklaşımı, seçilen örneklerin veri uzayını olabildiğince iyi temsil etmesini hedefler — tipik olarak bir k-merkez (k-center) problemi olarak formüle edilir:

min_S max_{x∈X} min_{s∈S} d(x, s)

Bu fikrin kökleri aslında derin öğrenmeden çok daha eskiye, klasik SVM tabanlı yığın kipli (batch-mode) AL çalışmalarına uzanır. O literatürde iki teknik öne çıkar: açı temelli çeşitlilik (angle-based diversity, ABD), çekirdek (kernel) uzayında kosinüs açı mesafesini kullanarak birbirine fazla yakın (küçük açılı) örnekleri eler; kümeleme temelli çeşitlilik (clustering-based diversity, CBD) ise önce belirsiz örnekleri kümeler, sonra fazlalığı azaltmak için her kümeden bir temsilci seçer. Uzaktan algılama (hiperspektral/RS) görüntü sınıflandırmasında bu iki yaklaşım tipik olarak bir belirsizlik ölçütüyle (örneğin marj örneklemesi) iki aşamalı bir hatta birleştirilir: önce geniş bir aday havuzu belirsizlikle daraltılır, sonra bu havuzun üzerine çeşitlilik uygulanır — aşağıda değindiğim UKM-AL çalışmasındaki "oy entropisi + kernel k-means" tasarımı bu geleneğin doğrudan devamıdır.

Belirsizlik örneklemesi ile çeşitlilik gözeten yığın seçiminin karşılaştırması

Belirsizlik örneklemesi ile çeşitlilik gözeten yığın seçiminin karşılaştırması.

5. Hibrit / Bayesçi yaklaşımlar (BALD ve varyantları)

Bayesian Active Learning by Disagreement (BALD), belirsizlik ile model belirsizliği arasındaki karşılıklı bilgiyi (mutual information) maksimize eder:

I(y; θ | x, D) = H[y | x, D] − E_{p(θ|D)}[H[y | x, θ]]

Bu formül, "modelin tahmini belirsiz mi" ile "bu belirsizlik gerçek bir bilgi eksikliğinden mi yoksa doğal gürültüden mi kaynaklanıyor" ayrımını yapmaya çalışır — özellikle medikal görüntüleme gibi yüksek riskli alanlarda kritik bir ayrım.

Derin öğrenmeyle buluşma: Deep Active Learning (DeepAL)

Klasik Aktif Öğrenme çoğunlukla SVM ya da k-NN gibi "sığ" modellerle geliştirildi. Derin öğrenmenin yüksek boyutlu veriyi (görüntü, metin, ses) otomatik temsil etme yeteneğini Aktif Öğrenmenin etiket verimliliğiyle birleştirme fikri literatürde DeepAL (Deep Active Learning) olarak anılıyor. Ancak bu birleşim göründüğü kadar kolay değil; üç temel zorlukla karşılaşıyor:

Yığın kipli sorgulama: Batch Mode DeepAL (BMDAL)

Her tek örnekten sonra yeniden eğitmek derin modeller için hesaplama açısından sürdürülemez olduğundan, DeepAL örnekleri tek seferde bir yığın hâlinde seçer. Sorun şu ki yalnızca bilgilendiriciliğe (belirsizliğe) göre seçim yapmak, birbirine fazla benzeyen ve dolayısıyla "fazlalık" oluşturan örneklerin seçilmesine yol açabilir. Modern yöntemler bu yüzden bilgilendiricilik ve çeşitliliği aynı anda gözetir:

Batch Mode DeepAL: belirsizlik skorlaması, aday havuzu, çeşitlilik adımı ve oracle döngüsü

Batch Mode DeepAL: belirsizlik skorlaması, aday havuzu, çeşitlilik adımı ve oracle döngüsü.

Etiketli veriyi "genişletmek"

DeepAL'in sorgu stratejisini iyileştirmenin yanındaki bir diğer önemli boyutu, mevcut etiketsiz veriyi eğitime katmaktır. Örneğin CEAL (Cost-Effective Active Learning) yaklaşımı, modelin yüksek güvenle tahmin ettiği örneklere sözde etiket (pseudo-label) atayarak eğitim kümesini insan müdahalesi olmadan genişletir; GAN tabanlı yaklaşımlar ise veri artırımı için üretici modelleri devreye sokar. Bu tür stratejiler bazen sorgu stratejisini değiştirmekten daha büyük başarım kazancı sağlayabilir.

Nerelerde kullanılıyor?

DeepAL'in uygulama alanları oldukça geniş: görüntü sınıflandırma ve nesne tespiti, medikal görüntü bölütleme (akciğer nodülü, lenf nodu ve parmak kemiği bölütlemesi gibi), otonom sürüşte LiDAR tabanlı 3B nesne tespiti, yaban hayatı sayımı için drone görüntüleri, hiperspektral uzaktan algılama sınıflandırması, metin sınıflandırma ve makine çevirisi, EEG/EKG sinyal analizi ve konuşmadan duygu tanıma, daha birçoğu. Ortak payda hep aynı: uzman etiketleme maliyeti yüksek, etiketsiz veri ise bol.

Neden şimdi daha da önemli?

Temel modellerin (foundation models) ve LLM'lerin yükselişiyle birlikte "daha çok veri = daha iyi model" varsayımı sorgulanmaya başladı. İnce ayar ve RLHF sırasında insana hangi örneklerin gösterileceğine karar vermek özünde bir Aktif Öğrenme problemidir. Benzer biçimde uydu görüntüleri, tıbbi tarama ve endüstriyel anomali tespiti gibi alanlarda etiketleme maliyeti hâlâ yüksek — bu da Aktif Öğrenmeyi akademik bir merak konusu olmaktan çıkarıp pratik bir zorunluluğa dönüştürüyor.

Vaka analizi: AdaRisk-Agent — drone tabanlı yabani ot tespitinde LLM destekli uyarlanabilir risk kalibrasyonu

Yukarıda anlatılan kuramsal çerçeveyi somutlamak için kendi yayımlanmış çalışmamdan bir örnek paylaşmak istiyorum: "AdaRisk-Agent: LLM-Orchestrated Adaptive Risk Calibration for Cost-Sensitive Active Learning in UAV Weed Detection" (Drones, 2026).

Problem: Hassas tarımda, bir drone (İHA) ile yabani ot tespit edilirken iki hata türünün maliyeti hiçbir zaman eşit değildir: kaçırılan bir yabani ot yaması (yanlış negatif) verim kaybına yol açarken, yanlış alarm (yanlış pozitif) yalnızca gereksiz bir nokta ilaçlamasına neden olur. Bu asimetriyi ele almak için maliyete duyarlı aktif öğrenme (cost-sensitive AL, cAL) kullanılır — bir risk katsayısı (r⁺) yanlış negatifleri daha ağır cezalandırarak modelin karar sınırını "daha temkinli" tarafa kaydırır. Sorun şu ki bu katsayının doğru değeri sahneden sahneye değişir ve alan uzmanı olmadan önceden belirlenemez.

Yöntem: Bu çalışmada, her aktif öğrenme turunda r⁺ değerini otomatik olarak ayarlayan AdaRisk-Agent adlı bir ajan önerdim. Sistem; spektral belirsizlik, sınıf ayrışma indeksi, bütçe tüketimi ve yanlış negatif oranı (FNR) eğilimini içeren 7 boyutlu bir bağlam vektörü çıkarır; bu vektörü bir LLM'e (Claude Haiku) gönderir ve LLM {1, 3, 5, 7} kümesinden bir r⁺ değeri seçer. Karşılaştırma için, aynı eşik mantığını kodda uygulayan deterministik kural tabanlı bir sürüm (AdaRisk-Rule) de geliştirildi.

AdaRisk-Agent mimarisi: bağlam vektörü, LLM kalibratörü, r+ seçimi ve maliyete duyarlı AL döngüsü

AdaRisk-Agent mimarisi: bağlam vektörü, LLM kalibratörü, r⁺ seçimi ve maliyete duyarlı AL döngüsü.

Veri ve deneyler: Çerçeve, iki farklı açık veri kümesinden alınan dört İHA sahnesinde test edildi (Almanya'da mısır tarlaları — WeedsGalore; Vietnam'da çeltik tarlaları — WeedyRice); böylece iki farklı ürün tipi, iki farklı sensör konfigürasyonu ve %3 ile %30 arasında değişen yabani ot yoğunluğu kapsandı.

Bulgular:

Çıkarım: Bu çalışma, Aktif Öğrenmenin yalnızca "hangi örneği etiketleyelim" sorusuyla sınırlı olmadığını gösteriyor — "bu örneği ne kadar agresif önceliklendirelim" sorusu da dinamik ve açıklanabilir biçimde otomatikleştirilebilir. LLM'leri AL döngüsüne bir hiperparametre kalibratörü olarak entegre etmek, özellikle saha uzmanlığı gerektiren tarımsal karar destek sistemleri için yeni bir tasarım örüntüsüne işaret ediyor.

Vaka analizi 2: UKM-AL — etiket verimli tarımsal arazi örtüsü haritalaması için iklim farkındalıklı Geo-AI

İkinci örnek, uzaktan algılama ile iklim verisini bir araya getiren farklı bir çalışma: "A Geo-AI Framework for Label-Efficient Agricultural Land-Cover Mapping with Climate-Aware Active Learning" (Land, 2026).

Problem: Küresel tarımsal arazi örtüsü haritalaması gıda güvenliği ve iklim uyum planlaması için kritik önemde; ancak güvenilir referans etiketleri elde etmek — özellikle parçalı arazi yapılarında — saha çalışması ve uzman yorumu gerektirdiği için pahalı. Soru şu: Aktif Öğrenme, ürün/ürün-dışı haritalamada etiketleme ihtiyacını ne kadar azaltabilir ve çok kaynaklı çevresel veri bu süreçte gerçekten fark yaratıyor mu?

Yöntem — UKM-AL (Uncertainty-guided Kernel k-Means Active Learning): İki aşamalı bir sorgu stratejisi önerildi:

  1. Bir Random Forest topluluğundaki ağaçlar arasındaki anlaşmazlığı ölçen oy entropisi (vote entropy) ile en belirsiz örnekler bir aday havuzunda toplanır (aday havuzu boyutu = α × batch_size, α=4).
  2. Bu aday havuzu daha sonra kernel k-means ile kümelenir ve her kümeden en belirsiz örnek seçilir — böylece bilgilendiricilik ve çeşitlilik aynı anda gözetilmiş olur.

UKM-AL iki aşamalı sorgu stratejisi: oy entropisiyle daraltma, ardından kernel k-means ile çeşitlilik

UKM-AL iki aşamalı sorgu stratejisi: oy entropisiyle daraltma, ardından kernel k-means ile çeşitlilik.

Öznitelikler; Sentinel-2 (optik), Sentinel-1 (SAR), ERA5 (iklim) ve topografik (DEM/eğim) verilerini 12 aylık bir zaman serisi olarak birleştiriyor ve CropHarvest veri kümesinden alınıyor (113.892 örnek, 27 bölgesel alt koleksiyon, 6 kıta).

Deney tasarımı: 10.000 örneklik dengeli bir aday havuzu üzerinde, sabit bir Random Forest sınıflandırıcı kullanılarak üç sorgu stratejisi (rastgele örnekleme, yalnızca oy entropisi, oy entropisi + kernel k-means) karşılaştırıldı; ayrıca beş farklı öznitelik grubu kombinasyonu (yalnızca optik → tüm öznitelikler) ve Çin'deki tarım verisi üzerinde bölgesel transfer testi yapıldı — hepsi 10 farklı rastgele tohumla tekrarlandı.

Bulgular:

Çıkarım: Bu çalışma, Aktif Öğrenmedeki "çeşitlilik her zaman fayda sağlar" varsayımını sorguluyor: küresel çeşitliliğe sahip bir havuzda belirsizlik ölçütü örnekleri öznitelik uzayına zaten yeterince yayıyor olabilir, dolayısıyla kümeleme temelli bir çeşitlilik katmanının katkısı bu koşullarda marjinal kalabilir. Aynı zamanda, saf uzaktan algılama sinyalinin üzerine eklenen iklim bağlamının (ERA5 gibi) etiket verimliliğine katkısının, SAR gibi "sezgisel olarak faydalı" bir veri kaynağından daha belirleyici olabileceğini gösteriyor — bu da Geo-AI sistemlerinde öznitelik seçiminin en az sorgu stratejisi kadar kritik olduğuna işaret ediyor.

Sonuç

Aktif Öğrenme, "daha çok veri" yerine "daha akıllı veri" felsefesini benimsiyor. Belirsizlik örneklemesinden Bayesçi yaklaşımlara, klasik AL'den derin öğrenmeyle bütünleşmiş DeepAL'e uzanan bu yöntem ailesi, özellikle etiketleme maliyetinin yüksek olduğu alanlarda modern yapay zekâ sistemlerinin görünmez ama kritik bir bileşeni. Alan hâlâ olgunlaşıyor — farklı çalışmalar arasındaki tutarsız sonuçlar da standart bir değerlendirme protokolüne duyulan ihtiyaca işaret ediyor. Yine de veri hiçbir zaman her zaman bol olmayacak; doğru soruyu doğru zamanda sormayı bilen sistemler kısıtlı kaynaklarla fark yaratmayı sürdürecek.

Bu yazı Aktif Öğrenme yöntemlerine genel bir bakış sunuyor. Sorularınız ya da tartışmak istedikleriniz varsa bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Paylaş

İlgili yazılar