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KAN-MLP-Mixer:利用Kolmogorov-Arnold网络改进基于IMU的人体活动识别的全面研究

文章摘要

研究人员探索了在深度HAR网络中放置KAN模块的不同方式,提出了一种混合架构,在八个公共数据集上平均宏F1比纯MLP模型提升5.33%,优于独立KAN和MLP基线,并能持续提升其他先进HAR架构的性能。

来源arXiv AI作者: Mengxi Liu, Sizhen Bian, Vitor Fortes, Francisco Calatrava Nicolas, Daniel Gei{\ss}ler, Maximilian Kiefer-Emmanouilidis, Bo Zhou, Paul Lukowicz
KAN-MLP-Mixer:利用Kolmogorov-Arnold网络改进基于IMU的人体活动识别的全面研究
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本文提出的 KAN-MLP-Mixer 是一项针对基于惯性测量单元(IMU)的人体活动识别(HAR)任务的系统性研究,由 Mengxi Liu 等共 8 位作者完成,于 2026 年 5 月 18 日提交至 arXiv,编号为 arXiv:2605.19031v1,归类于人工智能(cs.AI)与信号处理(eess.SP)交叉领域。论文共 24 页、含 9 幅图,提供了 PDF、实验性 HTML 以及 TeX 源码等多种访问形式。

研究的出发点在于两类网络范式各自的优劣。Kolmogorov-Arnold Networks(KAN)在干净、低维的数据上展现出极强的复杂函数学习能力,但面对真实世界中含噪、不完美的数据集时,性能往往难以维持。相反,传统多层感知机(MLP)对噪声的容忍度更高,计算效率也更好。作者指出,在 HAR 模型中若简单地把所有 MLP 组件替换为 KAN,通常会同时损害准确率与计算效率,这暴露了一个尚未解决的开放问题:如何把 KAN 的精确性与 MLP 的噪声鲁棒性和高效性结合起来。

为回答这一问题,作者并未停留在单一替换方案上,而是系统性地探索了 KAN 模块在深度 HAR 网络中的多种放置位置,并据此提出一种混合架构。该架构包含三个关键设计:输入端采用基于 KAN 的嵌入层,以便在特征进入网络之初就发挥 KAN 的精细建模能力;中间层保留 MLP 层负责特征混合,从而继承其对噪声的鲁棒性与计算效率;最终的活动分类环节则引入专门的 LarctanKAN 模块,用于输出活动类别。

实验在八个公开 HAR 数据集上展开。结果显示,这一混合 KAN-MLP 模型相较于纯 MLP 模型取得了平均宏 F1 分数约 5.33% 的相对提升,并显著优于单独的 KAN 基线与 MLP 基线。更重要的是,作者进一步将该混合策略迁移到其他先进的 HAR 架构中,发现这些架构的性能也能获得一致提升,说明该思路具有一定的通用性,而非仅适用于某一特定网络结构。

论文的结论强调,将 KAN、MLP 以及其他常规神经组件进行精心编排的组合,能够为真实可穿戴传感环境带来更稳健、更准确的 HAR 模型。这一发现对实际部署具有直接意义:可穿戴设备采集的 IMU 信号天然带有噪声与不完美,单纯追求表达能力的 KAN 或单纯追求效率的 MLP 都难以单独胜任,而按层次分工的混合设计则在两者之间取得了更好的平衡。论文的完整版本、图件与源码可通过 arXiv 页面及其 DOI 获取。

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文章情报

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要点

  • KAN在干净低维数据上表现优异,但在噪声和真实数据上性能下降;MLP对噪声更鲁棒且计算高效。
  • 提出的混合KAN-MLP架构使用KAN输入嵌入层、保留MLP中间层进行特征混合,并引入专用LarctanKAN模块进行分类。
  • 在八个公共HAR数据集上,混合模型平均宏F1相对纯MLP提升5.33%,显著优于独立KAN和MLP基线。
  • 该混合策略可集成到其他先进HAR架构中,一致提升性能,为真实可穿戴传感环境提供更鲁棒的模型。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。