I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 ,   p p .   2951 ~ 2 9 6 4   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 2 9 5 1 - 2 9 6 4           2951       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha ncing   traini ng  perf o rma nce  f o r sma ll mo dels u sing     da ta - centri c appr o a ches       Reda   A.   E l - K ho ribi 1 ,   E i d E m a ry 1 , 2 ,   Am r  E s s a m   H a s s a n 1   1 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   Te c h n o l o g y ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r s a n d   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   U n i v e r s i t y   o f   C a i r o ,   C a i r o ,   E g y p t   2 F a c u l t y   o f   C o mp u t i n g   S t u d i e s ,   A r a b   O p e n   U n i v e r si t y ,   C a i r o ,   E g y p t       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 5 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Dec   1 9 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   J an   1 6 ,   2 0 2 5       In   th is  wo r k ,   we   p ro p o se   a   n e w  sy ste m   to   imp r o v e   th e   p e rfo rm a n c e   o f  c las sifica ti o n   m o d e ls  b y   a p p l y in g   d a ta - c e n tri c   p ri n c ip les .   Th e   sy ste m   o p ti m ize s  d a tas e ts  b y   re m o v i n g   p o o r - q u a li ty   sa m p les   a n d   g e n e ra ti n g     h ig h - q u a li ty   sy n th e ti c   d a ta.  We  tes ted   th e   s y ste m   o n   v a rio u s  c la ss ifi c a ti o n   m o d e ls  a n d   d a tas e ts,  m e a su rin g   it s  p e rf o rm a n c e   with   a c c u ra c y ,   p re c isio n ,   re c a ll ,   a n d   F 1 - sc o re .   Th e   re su lt s  sh o we d   sig n ifi c a n t   imp r o v e m e n ts  in   c las sifica ti o n   p e rfo rm a n c e ,   h ig h li g h ti n g   t h e   e ffe c ti v e n e ss   o f   th is  d a ta - c e n tri c   a p p ro a c h .   Wh il e   t h e   sc a l a b il it y   to   larg e - sc a le  d a tas e ts  is  stil l  a n   o p e n   q u e stio n ,   it   o ffe rs   g re a t  p o ten ti a l   fo r  f u tu re   re se a rc h .   T h is  a p p r o a c h   c o u l d   b e   v a lu a b le  i n   c rit ica l  a re a s  li k e   h e a lt h c a re ,   fin a n c e ,   a n d   a u t o n o m o u s  sy ste m s,  wh e re   h ig h - q u a l it y   d a ta  is  c ru c ial.   F u t u re   wo rk   c o u l d   e x p lo re   a d v a n c e d   d a ta   a u g m e n tatio n ,   a d a p ti n g   th e   s y st e m   fo r  d iffere n t  d a ta  t y p e s  li k e   tex t  a n d     ti m e - se ries ,   a n d   e x ten d in g   it   t o   se m i - su p e rv ise d   a n d   u n s u p e rv ise d   lea rn in g .   Ou r  fin d i n g s  e m p h a siz e   th e   imp o rtan c e   o f  d a ta  q u a li t y   in   a c h iev in g   b e tt e r   m o d e l  p e rfo rm a n c e ,   o ften   o v e rl o o k e d   i n   fa v o r   o f  m o d e l  a rc h it e c tu re .   By   a d v a n c in g   d a ta - c e n tri c   a rti ficia l   i n telli g e n c e   ( AI ) ,   th is   wo r k   o ffe rs a  p ra c ti c a l  fra m e wo rk   fo r  re se a rc h e rs  a n d   p ra c ti ti o n e rs  to   o p ti m ize   d a t a se ts  a n d   imp ro v e   m a c h i n e   lea rn in g   sy ste m s.   K ey w o r d s :   C o m p u ter   v is io n   Data - ce n tr ic   Dee p   lear n in g   Gen er ativ e  ad v e r s ar ial  n etwo r k   Mo d el - ce n tr ic   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Am r   E s s am   Hass an   D e p a r t m e n t   o f   I n f o r m a t i o n   T ec h n o l o g y ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r s   a n d   A r t i f i c i al   I n t e l li g e n c e ,   Un i v e r s i t y   o f   C a i r o   C air o ,   E g y p t   E m ail:   am r . ess am . h ass an @ o u tlo o k . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Dee p   lear n in g   h as  r ev o lu tio n i ze d   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI ) ,   d r iv in g   ad v an ce m en ts   in   d o m ain s   s u ch   as  m ed ical  d iag n o s is ,   au to n o m o u s   s y s tem s ,   an d   lar g e - s ca le  d ec is io n - m ak in g   [ 1 ] .   T h ese  d ev elo p m en ts   h av e   s ig n if ican tly   im p r o v e d   ef f icie n cy ,   ac cu r ac y ,   an d   in n o v atio n   ac r o s s   v ar io u s   in d u s tr ies.  Ho wev er ,   ch allen g es   r em ain ,   p ar ticu lar l y   r eg ar d in g   th e  av ailab ilit y   an d   q u ality   o f   d atasets   cr u cial  f o r   tr ain in g   ef f ec tiv e  m o d els   [ 2 ] – [ 4 ] .  T h e  s ca r city   o f   r el iab le  lab eled   d ata  an d   th e  h ig h   ac q u is itio n   co s ts   co n tin u e  to   h in d er   A I   d ev elo p m e n t.  Fo r   e x am p le,   m ed ical  im ag in g   d atasets   o f ten   co n tain   m is lab eled   s am p les,  lo w - r eso lu tio n   im ag es,  o r   in s u f f icien t   r ep r e s en tatio n s   o f   r ar e  d is ea s es,  all  o f   wh ic h   d e g r ad e   m o d el   p er f o r m an ce   [ 5 ] .  Alth o u g h   d ata  au g m e n tatio n   tech n iq u es,  s u ch   as  f lip p i n g   an d   n o is e  in jectio n ,   ar e  co m m o n ly   ap p lied ,   th e y   o f ten   in tr o d u ce   b iases   o r   f ail  to   f u lly   ad d r ess   d ataset  d ef icien cies  [ 6 ] ,  [ 7 ] .   As  m o d els  b ec o m e  m o r e  co m p lex ,   th eir   p er f o r m an ce   in c r ea s in g ly   d ep en d s   o n   h ig h - q u ality   d atasets   r ath er   th an   s o lely   o n   ar ch itectu r a l   in n o v atio n s   [ 3 ] ,  [ 4 ] .   T h is   s h if t  h as  g iv en   r is e  to   d ata - ce n tr ic   AI ,   wh ich   f o cu s es  o n   o p tim izin g   d atasets   r ath er   th an   ex cl u s iv ely   en h an cin g   m o d el  ar c h itectu r es  [ 2 ] ,  [ 3 ] .   Data - ce n tr ic  m et h o d o lo g ies   p r io r itize  r ef in in g   d atasets   b y   ad d r ess in g   lab el  n o is e,   class   im b alan ce ,   an d   ir r el ev an t d ata  p o in ts   [ 4 ] – [ 8 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 9 5 1 - 2 9 6 4   2952   An d r ew  Ng ' s   d ata - ce n tr ic  AI   c o m p etitio n   u n d er s co r ed   th e  im p o r tan ce   o f   d ataset  q u ality   in   ac h iev in g   s u p er io r   m o d el   p er f o r m an ce ,   ev en   with   s m aller   d atasets   [ 1 ] .   B y   s y s tem atica lly   en h an cin g   d ata   q u ality ,   r esear ch er s   h av e   d em o n s tr ated   n o ta b le  im p r o v em en ts   in   m o d el  r o b u s tn ess ,   g en e r aliza tio n ,   an d   ef f icien cy   ac r o s s   d iv er s e  a p p licatio n s   [ 2 ] – [ 7 ] .   T h is   co m p etitio n   h i g h li g h ted   t h e  o f ten - o v er lo o k ed   r o le  o f   h ig h - q u ality   d ata  in   d r iv i n g   p e r f o r m an ce   g ain s ,   ev en   wh en   u s in g   s im p le r   o r   s m aller   m o d els,  r ein f o r cin g   th e  s h if t  to war d   d ata - ce n tr ic  AI   p r ac tices.   B u ild in g   u p o n   th ese  in s ig h ts ,   th is   s tu d y   in tr o d u ce s   a  d at a - ce n tr ic  alg o r ith m   d esig n ed   to   im p r o v e  d atasets   f o r   tr ain in g   r o b u s t  d ee p   n e u r al  n etwo r k s   ( DNNs) .   T h e  alg o r ith m   em p lo y s   tech n iq u es  to   i d en tify   an d   r e m o v e  n o is y   o r   m is lab eled   s a m p les,  wh ich   ca n   d is to r t  m o d el  lear n in g   an d   r ed u ce   p er f o r m an ce .   Ad d itio n ally ,   it   in co r p o r ates  h ig h - q u ality   s y n th etic  d ata  g en er ated   u s in g   g en er ativ e  m o d els  s u ch   as  g en er ativ e  ad v e r s ar ial  n etwo r k s   ( GANs)   [ 9 ] .   T h ese  GAN - g en er ated   s am p les  ad d r ess   is s u es  lik e  cla s s   im b alan ce   an d   d ataset  s p ar s ity ,   p r o v id in g   th e   m o d el  with   a   m o r e   co m p r eh en s iv e   an d   r ep r esen tativ e  tr ain in g   s et.   T h is   ap p r o ac h   p r o v es  p ar t icu lar ly   v alu ab le  i n   h ig h - s tak e s   d o m ain s   lik e  h ea lth ca r e  a n d   f in an ce ,   wh er e   th e  ac cu r ac y   an d   r eliab ilit y   o f   p r ed ictiv e  m o d els  ar e   cr itical  f o r   i n f o r m ed   d ec is io n - m a k in g   [ 4 ] – [ 8 ] ,  [ 1 0 ] .  B y   d em o n s tr atin g   th at  p r io r itizin g   d ataset  q u ality   ca n   s ig n if ican tly   im p r o v e  p er f o r m a n ce ,   th is   r esear ch   co n tr ib u tes  to   th e   g r o win g   b o d y   o f   ev id en ce   s u p p o r tin g   d ata - ce n tr ic  AI   as  a  co m p lem en t ar y   m eth o d o lo g y   to   m o d el - ce n tr ic  a p p r o ac h es.  T h e  f in d in g s   s u g g est  th at  an   e f f e ctiv e  b alan ce   b etwe en   th ese  two   p ar ad ig m s   lead s   to   b etter   p er f o r m an ce   an d   m o r e  s tab le  o u tco m es.  T h e  p r o p o s ed   f r am ewo r k ,   th er ef o r e,   em p h asizes  th e   im p o r tan ce   o f   in teg r atin g   b o t h   p er s p ec tiv es  to   ad v a n ce   m a ch in e  lear n in g   s y s tem s ,   en s u r in g   th at  m o d els  ca n   lear n   f r o m   clea n er ,   m o r e  m ea n in g f u l  d ata   wh ile  le v er ag in g   o p tim ized   ar c h itectu r es  f o r   e n h an ce d   p er f o r m an ce .       2.   RE L AT E D  WO RK S     Sig n i f ic a n t   p r io r   r ese ar c h   h as  a d v an ce d   d at a - ce n t r i c   A I   b y   a d d r ess in g   d a tase t   q u al ity   is s u es.   Stu d y   [ 1 ]   d em o n s t r at e d   t h a t v a r ia ti o n s   i n   d a tase t  s i ze ,   l a b el in g   q u al it y ,   a n d   t r a in - t est  s p l its   s u b s ta n ti all y   im p ac t   m o d el   p e r f o r m an ce ,   u n d er s co r in g   t h e   i m p o r ta n c e   o f   d at a - ce n t r ic   m e th o d o l o g ies .   Si m il ar l y ,   Sa m b asi v a n   e t   a l.   [ 2 ]   e m p h asiz ed   t h e   r i p p le   e f f e cts  o f   la b el in g   e r r o r s ,   a d v o c ati n g   f o r   s y s te m at ic   d at a  q u al it y   i m p r o v e m e n ts .   No r th cu tt  et  a l.   [ 1 1 ]   id en tifie d   p er v asiv e  lab elin g   er r o r s   in   wid ely   u s ed   d atasets ,   r ein f o r cin g   th e  n ee d   f o r   d ata - ce n tr ic  s tr ateg ies.  Po ly zo tis   an d   Z ah ar ia  [ 4 ]   p r o p o s ed   en d - to - en d   v er s io n   tr ac k in g   an d   ac tio n a b le   m o n ito r in g   f o r   m a n ag in g   d y n am ic.   d atasets   in   p r o d u ctio n   s y s tem s .   Ham id   [ 1 2 ]   h i g h lig h t ed   th e  a p p licab ilit y   o f   d ata - ce n tr ic  AI   in   I n d u s tr y   4 . 0   b y   en h a n cin g   d ata  q u ality   f o r   r o b u s t in d u s tr ial  au to m atio n .   I n   n atu r al  lan g u ag e  p r o ce s s in g   ( NL P),   Xu   et  a l.   [ 3 ]   in tr o d u ce d   th e  d ata  C L UE   b en ch m ar k ,   s h o win g   s im p le  y et  ef f ec tiv e  s tr ateg ies   f o r   im p r o v in g   d ata  q u ality .   Seed at  et  a l.   [ 1 3 ]   p r o p o s ed   DC - ch ec k ,   a  ch ec k lis t  f o r   s y s tem atica lly   ev alu atin g   d ata - ce n tr ic  r eliab ilit y .  Seed at   et  a l.   [ 1 4 ]   also   em p h asized   d ataset  tr an s p ar en cy   with   d atash ee ts   f o r   d atasets ,   a  f o u n d atio n al  to o l i n   h ig h - s tak es a p p licatio n s .   Mo t am e d i  et  a l .   [ 6 ]   d em o n s t r a ted   d at a  q u ali ty   e n h a n c em e n ts   wit h   GA N - g e n er ate d   s am p l es,   ac h ie v i n g   im p r o v e d   a cc u r a cy   wh ile   r ed u ci n g   d a tase t  s iz e.   Ma   et  a l .   [ 1 5 ]   r e v i ewe d   d ata - c en tr ic  A I ’ s   r o le  in   a d d r ess in g   lab eli n g   e r r o r s   a n d   cl ass   i m b al a n ce s .   S h a n k a r   an d   E v a n s   [ 1 6 ]   i d en ti f ie d   p it f alls   i n   d atas et  c o n s t r u ct io n ,   p r o p o s i n g   b est   p r ac tic es  f o r   r el iab ilit y   a n d   f a ir n ess .     Z h a  et  a l.   [ 5 ]   in tr o d u ce d   a  f r am ewo r k   in te g r atin g   s tatis tica l  m ea s u r es  to   en s u r e   d ataset  r eliab ilit y .   T h ese  s tu d ies  h ig h lig h t   th e  t r an s f o r m ativ e   p o ten tial  o f   d a ta - ce n tr ic  AI   in   ad d r ess in g   d ata  q u ality   is s u es,  f o r m in g .   T h e  f o u n d atio n   f o r   th e  d ataset  o p tim izatio n   a p p r o a ch   p r esen ted   i n   th is   wo r k .       3.   M E T H O D    I n   m ac h in e   lear n in g ,   class if icatio n   r ef e r s   to   a  p r ed ictiv e   m o d elin g   p r o b lem   wh er e   a  clas s   lab el  is   p r ed icted   f o r   a  g iv en   in p u t  d at a  ex am p le.   T o   co n s tr u ct  s u ch   a  p r ed ictiv e  m o d el,   we  d ef i n e   lo s s   f u n ctio n s ,   s et   h y p er p ar am eter s   f o r   th e   m o d e l,  an d ,   g iv en   a  tr ain in g   d ataset ,   o p tim ize  th e   m o d el  p ar a m eter s   to   m in im ize  th e   lo s s   f u n ctio n ,   as e x p r ess ed   in   ( 1 ) .      , , lo ss ( ( , ) )   ( 1 )     T h e  tar g eted   lo s s   f u n ctio n ,   d e n o ted   as  lo s s ,   p lay s   a  cr u cial  r o le  in   m o d el  o p tim izatio n ,   wh er e  f   is   th e  m ap p i n g   m o d el,   φ   r ep r esen ts   th e  h y p er p ar am eter s ,   θ   th e  m o d el   p ar am eter s ,   a n d   γ   th e  g i v en   d ataset.   R ec en t  ad v an ce m e n ts   in   d ee p   lear n in g   h av e   estab lis h ed   it  as  a   p o w er f u l  to o l  f o r   lear n in g   h ier ar c h ical  r ep r esen tatio n s   f r o m   lar g e  d atasets ,   d r iv in g   b r ea k th r o u g h s   in   d o m ai n s   lik e  im ag e  r ec o g n itio n ,   n atu r al  la n g u ag e   p r o ce s s in g ,   an d   au to n o m o u s   s y s tem s   [ 1 ] – [ 8 ] ,  [ 1 0 ] – [ 1 7 ] .   T o   o p tim ize   p er f o r m a n ce ,   v ar io u s   lo s s   f u n ctio n s   h av e  b ee n   d ev elo p e d   b ased   o n   task   r eq u ir em en ts ,   s u ch   as  m ea n   s q u ar ed   er r o r   f o r   r eg r ess io n   an d   cr o s s - en tr o p y   lo s s   f o r   class if icatio n   [ 1 8 ] ,  [ 1 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   tr a in in g   p erfo r ma n ce   fo r   s ma ll mo d els u s in g   d a t a - ce n tr ic  a p p r o a ch es   ( R ed a   A .   E l - K h o r ib i )   2953   3 . 1 .     Reg re s s io n   lo s s es     R eg r ess io n   lo s s es q u an tify   d is cr ep an cies b etwe en   p r ed icted   an d   ac tu al  co n tin u o u s   v alu es:   a.   Me an   s q u ar ed   e r r o r   ( MSE ) : Pen alize s   lar g e  er r o r s   m o r e  h ea v ily ,   m ak in g   it sen s itiv e  to   o u t lier s   [ 2 0 ] .     M S E = 1 ∑ ( − ̂ ) 2 = 1   ( 2 )   b.   Me an   ab s o lu te  er r o r   ( L 1 ) : M e asu r es a b s o lu te  d if f er e n ce s ,   less   s en s i tiv e  to   o u tlier s   [ 1 ] .       L1 = 1 ∑ | − ̂ | = 1             ( 3 )     c.   Hu b er   l o s s :  C o m b in es  MSE   f o r   s m all  er r o r s   an d   L 1   f o r   lar g e   er r o r s ,   o f f er in g   r o b u s tn ess   [ 2 1 ] .     = { 1 2 ( − ̂ ) 2 ,                | − ̂ | ≤ , | − ̂ | ,                                      ℎ  .   ( 4 )     3 . 2 .     Cla s s if ica t io n  lo s s es   C las s if icatio n   lo s s es  ev alu ate  m o d el  p e r f o r m an ce   in   class if icatio n   task s   b y   m ea s u r in g   d is cr ep an cies  b etwe en   p r ed icted   an d   ac t u al  class   lab els:   a.   B in ar y   cr o s s - en tr o p y   ( B C E ) :  Used   f o r   b in ar y   class if icatio n   b y   m ea s u r in g   th e   d if f e r en ce   b etwe en   p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n s   [ 2 0 ] .     BCE = − ∑ [ l og ( ̂ ) + ( 1 − ) l og ( 1 − ̂ ) ] = 1       ( 5 )     b.   C ate g o r i ca l   c r o s s - e n t r o p y   ( C C E ) :   E x te n d s   B C E   t o   m u l ti - cl as s   c lass i f i ca t io n   b y   s u m m in g   t h e  cr o s s - e n t r o p y   f o r   al l  class es  [ 2 0 ] .     CCE = − ∑ ∑  = 1 l og (  ̂ ) = 1     ( 6 )     c.   Fo ca l  lo s s   ( FL) :  Ad d r ess es  cla s s   im b alan ce   b y   d o w n - weig h ti n g   ea s y   ex am p les an d   em p h as izin g   h ar d   o n es  [ 2 2 ] .     FL = − ( 1 − ̂ ) l og ( ̂ )     ( 7 )     3 . 3 .     O t her  lo s s es    Sp ec ialized   lo s s   f u n ctio n s   ad d r ess   u n iq u e  ch allen g es in   tr ain in g   m o d els:   a.   Ku llb ac k - L eib ler   d iv er g e n ce   ( KL ) :  Me asu r es  th e  d iv er g en ce   b etwe en   two   p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n s ,   co m m o n l y   u s ed   in   p r o b ab ilis tic  m o d els  [ 1 7 ] .     KL = ∑ = 1 l og ̂     ( 8 )     b.   Hin g e  lo s s :  Used   in   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in es ( SVMs)  to   m a x im ize  class   m ar g in s   [ 2 3 ] .       Hinge = ma x ( 0 , 1 − ̂ )       ( 9 )     c.   T o tal  v ar iatio n   ( T V) :  Pro m o te s   s m o o th n ess   in   im ag es o r   s ig n als,  r ed u cin g   n o is e  [ 7 ] .     TV = ∑ ( | | + 1 , − , | | + | | , + 1 − , | | ) ,   ( 1 0 )     3 . 4 .     H y perpa ra m e t er s   Hy p er p ar a m eter s   ar e  p r ed e f in ed   p ar a m eter s   cr itical  to   t h e  p er f o r m a n ce   o f   m ac h in e  lear n i n g   m o d els.  T h eir   s elec tio n   s ig n if ican tly   i m p ac ts   m o d el  tr ain in g   an d   o u t co m es.   a.   L ea r n in g   r ate  ( η ) :  Dete r m in es  th e  s tep   s ize   f o r   g r ad ien t  d escen t.  Sm aller   η   en s u r es   co n v er g en ce   b u t  s lo ws   tr ain in g ,   wh ile  lar g er   η   m ay   c au s e  in s tab ilit y   [ 1 7 ] .     ≔ − ∇ ( )     ( 1 1 )     b.   B atch   s ize:   Sp ec if ies  th e  n u m b er   o f   tr ain in g   ex am p les p er   iter atio n .   Sm aller   b atch es r ed u c e  o v er f itti n g   b u t   in cr ea s e  g r ad ien t  n o is e   [ 1 7 ] – [ 2 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 9 5 1 - 2 9 6 4   2954   c.   Dep th   a n d   wi d t h :   T h e   n u m b e r   o f   l ay e r s   an d   n e u r o n s   p e r   la y er   im p ac t   t h e   m o d e l’ s   r e p r ese n t a tio n a l  ca p a cit y .     d.   E x ce s s iv e  lay er s   o r   n e u r o n s   m ay   lead   to   o v er f itti n g   an d   i n ef f icien cies  [ 1 7 ] – [ 2 5 ] ,  [ 2 6 ]   [ 2 7 ] .   e.   Activ atio n   f u n ctio n s :  Ad d   n o n - lin ea r ity   to   n etwo r k s ,   en ab lin g   co m p lex   p atter n   lear n in g .   C o m m o n   ch o ices  in clu d e  R eL U,   s ig m o id ,   a n d   ta n h   [ 1 7 ] – [ 2 5 ] ,  [ 2 6 ] – [ 3 0 ] .    f.   R eg u lar izatio n   p ar a m eter s :  Pre v en t  o v er f itti n g   b y   p en alizi n g   lar g e   weig h ts .   L 1   p r o m o t es  s p ar s ity ;  L 2   r ed u ce s   v ar ian ce   [ 2 8 ] – [ 3 2 ] .     3 . 5 .     Da t a s et   o pti m iza t io n    Op tim izin g   th e  d ataset  is   a  cr itical  asp ec t  o f   th is   wo r k .   Op er atio n s   s u ch   as  p r u n i n g   tr ain in g   p o in ts ,   in s er tin g   n ewly   g en er ated   d at a  p o in ts ,   an d   weig h tin g   s p ec i f ic  p o in ts   in   t h e  lo s s   f u n ctio n   ar e  p er f o r m ed   t o   en h an ce   d ataset  q u ality .   T h es e  o p tim izatio n s   aim   to   im p r o v e  th e  r ep r esen tativ en ess ,   b alan ce ,   an d   clea n lin ess   o f   th e  tr ain i n g   d ataset,   lead in g   to   m o r e  r o b u s t a n d   ac cu r ate  m ac h in e  lear n in g   m o d els.   B ef o r e  im p lem en tin g   d ataset  o p tim izatio n ,   d iag n o s in g   p o ten tial  is s u es  with in   th e  d ataset  is   n ec ess ar y   to   id en tify   a p p r o p r iate  r em ed ies.  A  s tr aig h tf o r war d   ap p r o ac h   to   d iag n o s in g   d ataset  p r o b lem s   in v o lv es  tr ain in g   a  b asic  m o d el  o n   th e  d ataset  an d   an aly zin g   its   p er f o r m an ce   to   d etec t  n o is y   o r   m is lab eled   s am p les.  On ce   id en tifie d ,   th es e  p r o b lem atic  s am p les ca n   eith er   b e  c o r r ec ted   o r   r e m o v e d .   T h e  d ataset  o p tim izatio n   p r o c ess   in clu d es two   p r im ar y   o p er atio n s :   a.   Sam p le  p r u n i n g :  R em o v in g   n o is y   o r   m is lab eled   s am p les f r o m   th e  d ataset.   b.   Sam p le  in s er tio n :   Au g m e n tin g   th e  d ataset  with   h i g h - q u ality   s y n th etic  s am p les  to   a d d r ess   class   im b alan ce   o r   u n d er - r e p r esen ted   f ea tu r e .   W e  b eg in   b y   tr ain in g   a  b aselin e  m o d el  o n   th e  o r i g in al  d a taset,  an d   b ased   o n   its   o u tp u ts ,   we  ap p ly   th ese  en h an ce m e n t o p er ati o n s .     3 . 5 . 1 .   Sa m ple  prun ing     Sam p l e   p r u n in g   in v o l v es   id en t if y i n g   a n d   r em o v i n g   n o is y   o r   p r o b l em ati c   s a m p les   f r o m   t h e   d at ase t ,  as   s h o wn   in   Fi g u r e   1 ,  T h ese   is s u es   m a y   i n cl u d e   m is l ab ele d   e x a m p les ,   a m b ig u o u s   d ata   p o i n ts ,   o r   s a m p les   wi th   co n f li cti n g   f e at u r es.   T h is   p r o c ess   t y p ic all y   r eli es o n   t ec h n i q u es  s u c h   as  co n f i d e n t   le ar n i n g ,   wh i ch   es tim at es  t h e   jo i n t  d is tr ib u t io n   o f   n o is y   a n d   cle an   la b els  t o   d e tec t  a n d   a d d r ess   e r r o r s   s y s t em ati ca l ly .   T h e  s te p s   i n v o lv e d   i n   s am p le   p r u n in g   ar e   as   f o ll o w s :  i)   co lle ct   o r   s el ec t   a   r e p r es en t ati v e   d atas et;   ii )   t r ai n   a   b a s eli n e   m o d el   o n   th e  d at ase t   t o   est a b lis h   a   p er f o r m an ce   b e n c h m a r k ;   ii i)   u s e   c r o s s - v ali d ati o n   o n   t h e   t r ai n i n g   d a ta   t o   i d e n t if y   n o is y   s am p les ;  i v )   ap p l y   te c h n iq u es   s u ch   as   la b el  er r o r s   a n d   co n f id e n t   l ea r n in g   t o   d e tec t  m is l a b el e d   o r   a m b i g u o u s   d at a  p o i n ts ;   a n d   v )   r em o v e   o r   r ewe i g h t   t h e   p r o b le m a tic   s a m p l es t o   o b t ai n   a  cle a n   d a tas et  f o r   tr a in in g .     3 . 5 . 2 .   Sa m ple ins er t io n   Fo llo win g   th e  p r u n in g   o f   n o is y   s am p les,  as  s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   n ew  s am p les  ar e  g en er ate d   to   en r ich   th e  d ataset.   T h is   p r o ce s s   in v o l v es  id en tify i n g   wea k   class es,  ad d r ess in g   n am in g   er r o r s ,   a n d   tr ain in g   a   GAN  to   g en er ate  n ew  in s tan ce s   f o r   th e   u n d er r ep r esen ted   class .   T h is   s tep   en s u r es  b etter   class   r ep r e s en tatio n   an d   h el p s   th e  m o d el   lear n   m o r e  ef f ec tiv ely   f r o m   th e  a v ailab le  d ata.   T h e  s tep s   f o r   im p lem en tin g   s a m p le  in s er tio n   a r e  as  f o llo ws:   i)   C o llect  o r   s elec t  a  r ep r esen tativ e  d ataset  to   s er v e  as  th e  f o u n d atio n   f o r   tr ai n in g ;   ii)  T r ain   t h e  d ataset  o n   a   b aselin e  m o d el   an d   ca lcu late  th e   in itial  a cc u r ac y   t o   estab lis h   p e r f o r m an ce   b e n ch m a r k s ;     iii)  I d en tify   th e   wea k   class   b y   an aly zi n g   t h e  ac cu r ac y   r esu lts   an d   d eter m in in g   wh ich   class es  u n d er p er f o r m ;   iv )   T r ain   a  GAN  m o d el  s p e cif ically   f o r   th e  wea k   class   to   g en er ate  h ig h - q u ality   s y n th etic  in s tan ce s   th a t   im p r o v e   class   b alan ce   an d   o v er all  m o d el  p er f o r m a n ce   [ 3 2 ] ;  an d   v )   Ad d   th e  g en er ate d   in s tan ce s   to   th e   ex is tin g   d ataset  to   im p r o v e  r e p r esen tatio n   an d   class if icatio n   ac cu r ac y .   Af ter    n o is y   s am p les  ar e  p r u n ed   in   Ph ase  1 ,   th e  r em ai n in g   d ataset  is   en r ich ed   b y   g e n er atin g   n ew  s y n th etic  s am p les.  W ea k   class es  ar e  id en tifie d   an d   ad d r ess ed   b y   g e n er atin g   in s tan ce s   u s in g   clea n   d ata  to   tr ain   a  GAN  m o d el.   T h ese  n ew  s a m p les en h an ce   th e  d ataset' s   r e p r esen tatio n   an d   class if icatio n   ac cu r ac y .   T h e  GAN   m o d el' s   o p tim izatio n   p r o b lem   is   d ef in ed   as  [ 3 2 ] .     min ma x ( , ) = ∼ dt ( ) [ l og ( ) ] + ∼ ( ) [ l og ( 1 − ( ( ) ) ) ]     ( 1 2 )     T h e  g e n er ato r ' s   lo s s   f u n ctio n   m in im izes  th e   m ax i m u m   v alu e  o f   th e   d is cr im in ato r ' s   v alu e   f u n ctio n   b y   g en er atin g   s am p les lik ely   to   b e  m is class if ied   b y   th e  d is cr im in ato r   [ 3 2 ] .     min ma x ( , ) = ∼ dt ( ) [ l og ( ) ] + ∼ ( ) [ l og ( 1 − ( ( ) ) ) ]     ( 1 3 )     T h e  d is cr im in ato r ' s   lo s s   f u n ctio n   m ax im izes  its   v alu e  f u n ctio n   wh ile  m in im izin g   th e  g en er ato r ' s   v alu e   f u n ctio n ,   en ab lin g   it to   co r r ec t ly   class if y   b o th   r ea l a n d   g e n er ated   s am p les.   T h e  r esu ltin g   e n h an ce d   d ataset  is :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   tr a in in g   p erfo r ma n ce   fo r   s ma ll mo d els u s in g   d a t a - ce n tr ic  a p p r o a ch es   ( R ed a   A .   E l - K h o r ib i )   2955   ̂ = s e lec ted ∪ ge ne r a ted   ( 1 4 )     Her e,   s e lec ted   r ep r esen ts   th e  p r u n ed   d ataset,   an d   ge ne r a ted   r ep r esen ts   n ewly   g en er ated   s am p les.  T h e  o p tim izatio n   en s u r es th at  a   m o d el  f   tr ain ed   o n   ̂   o u tp er f o r m s   t h e  o r ig in al  d ataset  .               Fig u r e  1 .   Sam p le  p r u n in g   s u b s y s tem   Fig u r e  2 .   Sam p le  i n s er tio n   wo r k f lo w       3 . 6 .     E x perim ent a l   s et up   W e  v alid ated   th e   p r o p o s ed   d ata - ce n tr ic  m eth o d s   u s in g   t h e   C I FAR - 1 0   d ataset   [ 9 ] ,   wh ic h   in clu d es   6 0 , 0 0 0   3 2 × 3 2   co l o r   im ag es  ac r o s s   1 0   class es  ( 5 0 , 0 0 0   f o r   tr ain in g   an d   1 0 , 0 0 0   f o r   test in g ) .   Pre p r o ce s s in g   ad d r ess ed   lab el  n o is e  an d   lo w - r eso lu tio n   s am p les v ia  p r u n in g   an d   GAN - b ased   a u g m e n tatio n .   a.   B aselin e  m o d els :   −   R esNet - 18   [ 3 3 ] :  An   18 - lay e r   C NN  lev er ag in g   r esid u al  co n n ec tio n s   f o r   g r ad ie n t  f lo w,   p r e - tr ain ed   o n   I m ag eNe t.   −   I n ce p tio n V3   [ 3 4 ] :  A   d ee p   C NN  with   f ac to r ized   co n v o lu ti o n s   an d   au x iliar y   class if ier s   f o r   im p r o v ed   ac cu r ac y .   b.   E v alu atio n   m etr ics:   Per f o r m a n ce   was  ass e s s ed   u s in g   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   s tan d ar d   d ev iatio n .   c.   T r ai n i n g   co n f i g u r ati o n :  T r a in i n g   em p l o y e d   t h e   A d am   o p ti m iz er   [ 3 0 ]   wi th   a  le ar n i n g   r a te   o f   1 × 10 − 4     b at c h   s ize   o f   1 2 8 ,   5 0   ep o c h s ,   an d   s t an d ar d   a u g m en tat io n s   ( r a n d o m   c r o p p in g ,   f l ip p i n g ,   n o r m al iz ati o n ) .   E x p e r i m e n ts   w er e  p e r f o r m e d   o n   a n   N VI D I A   T esl a  V 1 0 0   GP U  ( 3 2   GB ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 9 5 1 - 2 9 6 4   2956   d.   Pro p o s ed   m eth o d   s etu p :   −   Sam p le  p r u n in g :  co n f id en t  l ea r n in g   [ 3 5 ]   i d en tifie d   an d   r em o v ed   n o is y   s am p les  b ased   o n   lab el   u n ce r tain ty .   −   Sam p le  in s er tio n :  d   GAN  [ 3 2 ]   g e n er ated   s y n th etic  s am p l es  f o r   u n d e r r ep r esen ted   class es  u s in g   a   s tan d ar d   GAN  ar ch itectu r e   with   a  1 0 0 - d im en s io n al  late n t  v ec to r .   T r ain in g   co n s is te d   o f   1 0 , 0 0 0   iter atio n s ,   with   v is u al  in s p ec tio n   o f   g en er ated   s am p les f o r   q u ality   ass u r an ce .   e.   B aselin e  co m p ar is o n :   −   Or ig in al  d ataset:   b aselin e  m o d els tr ain ed   o n   u n alter ed   C I FAR - 10.   −   Pru n ed   d ataset:  m o d els tr ain ed   o n   h ig h - q u ality   s am p les p o s t - p r u n i n g .   −   E n h an ce d   d ataset:  m o d els tr ai n ed   o n   p r u n ed   s am p les au g m e n ted   with   GAN - g en er ated   in s tan ce s .       4.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N    I n   th is   s ec tio n ,   we  p r esen t  th e  o u tco m es  o f   o u r   ex p er im en ts   an d   an al y s es  aim ed   at  e n h an cin g   t h e   tr ain in g   p er f o r m an ce   o f   s m all  m o d els  u s in g   d ata - ce n tr ic  ap p r o ac h es  [ 1 ] ,  [ 2 ] .   T h e  f o c u s   is   o n   two   d ee p   class if icatio n   m o d els,  I n ce p ti o n V3   a n d   R esNet1 8 ,   wh ich   s er v e  as   o u r   b aselin e   m o d els.  W e  d etail  th e   p er f o r m an ce   im p r o v e m en ts   a ch iev ed   th r o u g h   v a r io u s   s tag es  o f   d ata  o p tim izatio n ,   i n clu d in g   p r u n in g   a n d   au g m en tatio n   with   g en er ated   s am p les.  T h e  ev alu atio n   cr iter ia  u s ed   f o r   ass ess in g   m o d el  p er f o r m a n ce   in clu d e   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   s tan d ar d   d ev iatio n   [ 3 ] .     4 . 1 .     Ado pte d  mo dels     Gen er ally ,   an y   m a p p in g   m o d el  f   ca n   b e  ad o p te d   as  a  b aselin e  f o r   test in g   o u r   p r o p o s als  f o r   d ata - ce n tr ic  en h an ce m e n t.  I n   th is   s tu d y ,   we  u s ed   two   m o d els  as  b aselin es:  I n ce p tio n V3   an d   R esNet1 8 ,   wh ich   ar e  r ec en t e x am p les o f   d ee p   class i f icatio n   m o d els  [ 3 3 ] ,  [ 3 4 ] .   a.   I n ce p tio n V3 :   T h is   im a g e  r e co g n itio n   m o d el  h as   d em o n s tr ated   ac cu r ac y   g r ea ter   th a n   7 8 . 1 %  o n   t h e  I m ag eNe t  d ataset.   I t  in teg r ate s   s y m m etr ic  an d   asy m m etr ic  b u ild in g   b lo ck s   s u ch   as  co n v o lu tio n s ,   av er ag e   p o o lin g ,   m ax   p o o lin g ,   co n ca ten atio n s ,   d r o p o u ts ,   an d   f u ll y   co n n ec te d   lay er s .   B atch   n o r m aliza tio n   is   ap p lied   e x ten s iv ely   th r o u g h o u t  th e  m o d el,   e n h an ci n g   its   r o b u s tn ess ,   wh ile  lo s s   co m p u tati o n   is   p e r f o r m ed   u s in g   So f tm ax   [ 2 7 ] .   b.   R esNet1 8 :  A  co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k   t h at  is   1 8   lay er s   d ee p ,   R esNet - 1 8   h as  b ee n   p r e - tr ain ed   o n   o v e r   a  m illi o n   im ag es  f r o m   th e   I m a g eNe t  d atab ase.   I t  ac h ie v es  class if icatio n   ac r o s s   1 , 0 0 0   ca te g o r ies,  in clu d in g   v ar io u s   o b jects a n d   an im als,  u tili zin g   r esid u al  lear n in g   to   en h an ce   g r a d ien t f lo w  t h r o u g h   it s   lay er s   [ 2 8 ] .     4 . 2 .     Da t a s et   W e  ad o p ted   th e  p u b lic  C I FAR - 1 0   d ataset  to   v alid ate  th e  o p tim izatio n   m eth o d s   ap p lied   to   th ese   b aselin e  m o d els.   T h e   C I FAR - 1 0   d ataset  co n s is ts   o f   6 0 , 0 0 0   3 2 × 3 2   co lo r   im a g es  d iv i d e d   in to   1 0   m u tu ally   ex clu s iv e  class es,  ea ch   co n tai n in g   6 , 0 0 0   im ag es   [ 9 ] .   T h e  d ataset  is   f u r th er   s p lit  in to   5 0 , 0 0 0   tr ain in g   im ag es  an d   1 0 , 0 0 0   test   im ag es.   T h e  d ataset's  class e s   ar e  d esig n ed   to   b e  en tire ly   d is tin ct.   Fo r   ex am p le,   th e   “a u to m o b ile”  class   in clu d es  s ed an s   an d   SUVs ,   wh ile  th e  “t r u ck ”  class   ex clu s iv ely   co v er s   lar g e  tr u ck s ,   with   n o   o v er lap   [ 1 5 ] .   Fig u r e   3   h ig h lig h ts   co m m o n   lab el  er r o r s   f o u n d   in   th e   d ataset,   wh ich   c an   ad v er s ely   af f ec t   m o d el  tr ain in g .   T h ese  er r o r s   u n d er s co r e  t h e  im p o r tan ce   o f   d ata  clea n in g   to   en s u r e  a cc u r ate  an d   r elia b le   lear n in g   o u tc o m es  [ 8 ] .   Ad d i tio n ally ,   s ev er al  im ag es  in   th e  d ataset  s u f f er   f r o m   p o o r   r eso lu tio n ,   f u r th e r   h am p er in g   ef f ec tiv e  lear n i n g   b y   th e  m o d els.  L o w - r eso lu tio n   im ag es o f ten   lack   th e  n ec ess ar y   d etail  f o r   f ea t u r e  ex tr ac tio n ,   r ed u cin g   th e  m o d e l's   ab ilit y   to   d is tin g u is h   b etwe en   s im ilar   class e s .   Fig u r e  4   illu s tr ates  s u ch   lo w - r eso lu tio n   im ag es,  h i g h lig h tin g   th e  im p o r tan ce   o f   o p tim izin g   d ataset  q u ality   th r o u g h   r eso l u tio n   en h an ce m en t   tech n iq u es to   ac h ie v e  b etter   p er f o r m a n ce   [ 1 1 ] .             Fig u r e  3 .   E x am p les o f   lab el  er r o r   s am p les.  T h ese  ty p es o f   er r o r s   em p h asize  th e  n ec ess ity   o f   d ata  clea n in g   to   en s u r e  ac cu r ate  m o d el  tr ain i n g     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   tr a in in g   p erfo r ma n ce   fo r   s ma ll mo d els u s in g   d a t a - ce n tr ic  a p p r o a ch es   ( R ed a   A .   E l - K h o r ib i )   2957       Fig u r e  4 .   E x am p les o f   lo w - r es o lu tio n   im ag es in   t h e  d ataset.   Ad d r ess in g   th ese  is s u es th r o u g h   d ata  clea n i n g   an d   en h an ce m en t is cr u cial  f o r   im p r o v i n g   m o d el  p e r f o r m an c e       4 . 3 .     E v a lua t i o n   cr it er ia   T o   ass ess   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  m o d els,  s ev er al  s tan d ar d   class if icatio n   m etr ics  wer e  u s ed .   T h ese  m etr ics ca p tu r e  d if f er e n t a s p ec ts   o f   m o d el  ac cu r ac y ,   r o b u s tn ess ,   an d   r eliab ilit y ,   alig n in g   w ith   b est p r ac tices in   m ac h in e  lear n in g   ev al u atio n   [ 2 0 ] – [ 2 8 ] .   a.   Acc u r ac y :  T h is   m etr ic  m ea s u r es  th e  p r o p o r tio n   o f   co r r ec tly   class if ied   in s tan ce s   o u t  o f   th e  to tal  n u m b e r   o f   in s tan ce s .   I t is f o r m ally   ex p r ess ed   as   ( 1 5 )   [ 1 6 ] :       =  +   +  +  +         ( 1 5 )     b.   Pre cisi o n :  Pre cisi o n   f o cu s es o n   th e  ac cu r ac y   o f   th e  p o s itiv e  p r ed ictio n s .   I t is d ef i n ed   as   ( 1 6 )   [ 1 6 ] :       =   +           ( 1 6 )     c.   R ec all:  R ec all ,   also   k n o wn   as   s en s itiv ity ,   ev alu ates  th e   m o d el' s   ab ilit y   to   co r r ec tly   id en t if y   all  r elev an t  in s tan ce s .   I t is ca lcu lated   as   ( 1 7 )   [ 1 6 ] :       =   +          ( 1 7 )     d.   F1 - s co r e :  T h e  F1 - s co r e  co m b i n es  p r ec is io n   an d   r ec all  in to   a   s in g le  h ar m o n ic  m ea n ,   p r o v i d in g   a  b alan ce d   m etr ic  f o r   e v alu atin g   p er f o r m an ce   o n   d atasets   with   class   im b alan ce s   [ 1 6 ] :     1   = 2 ⋅  ⋅   +       ( 1 8 )     e.   Sig n if ican ce   test   (t - test ) :  A   t - test   was  em p lo y ed   to   co m p ar e  p er f o r m an ce   m etr ics  b e f o r e  a n d   af ter   ap p ly in g   t h e  p r o p o s ed   d ata  o p tim izatio n   tech n iq u es.  T h e  t est  ass e s s e s   wh eth er   th e  o b s er v ed   d if f er en ce s   ar e  s tatis tically   s ig n if ican t.  I t i s   ca lcu lated   u s in g :     , = − √ 2 ( 1 + 1 ) ,     wh er e  ( )   an d   ( )   r ep r esen t  th e  t wo   s y s tem s   u n d er   co m p ar is o n ,   ( )   d en o tes  th e  p er f o r m an ce   m etr ic,   ( )   is   th e  s am p le  s ize,   an d   ( 2 )   is   th e  p o o led   v ar ian ce   [ 1 3 ] – [ 1 9 ] .   f.   Stan d ar d   d e v iatio n :   T h is   m et r ic  m ea s u r es  th e  v ar ia b ilit y   o f   th e  p e r f o r m an ce   m et r ics  ac r o s s   d if f er en t   class es,  h ig h lig h tin g   d is cr ep an cies  o r   in co n s is ten cies  in   class if icatio n   r esu lts .   R ed u cin g   s tan d ar d   d ev iatio n   is   cr u cial  f o r   en s u r in g   b alan ce d   p er f o r m an ce   ac r o s s   all  class e s   [ 2 ] – [ 4 ] .     4 . 4 .     ResNet 1 8   perf o rma nce  ev a lua t io n    T h e  im p ac t  o f   d ata  clea n in g   an d   o p tim izatio n   was  an aly ze d   u s in g   th e   R esNet1 8   an d   I n ce p tio n V3   m o d els as th e  b aselin e  ar ch itectu r es.  Fig u r e  5   p r o v id es a   co m p r eh en s iv e  o v er v iew  o f   th e  p r o b lem atic  s am p les  with in   th e  d ataset,   in clu d i n g   lab el  er r o r s   a n d   lo w - r eso lu tio n   im ag es.  T h ese  is s u es  wer e  ad d r ess ed   th r o u g h   r ig o r o u s   d ata  p r e p r o ce s s in g   [ 4 ] – [ 8 ] ,  [ 1 0 ] – [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] – [ 2 0 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 9 5 1 - 2 9 6 4   2958       Fig u r e   5 .   E x am p les o f   lab el  er r o r s   an d   l o w - r eso lu tio n   im ag e s   in   th e  d ataset.   Ad d r ess in g   th ese  is s u es wa s   cr itical  f o r   o p tim izin g   m o d el  p er f o r m a n ce   [ 4 ] – [ 8 ] ,  [ 1 0 ] – [ 1 7 ] ,  [ 1 8 ] – [ 2 1 ]       T h e  p er f o r m an ce   m etr ics,  in clu d in g   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   ac cu r ac y ,   wer e  m ea s u r ed   at   d if f er en t  s tag es  o f   th e  o p tim i za tio n   p r o ce s s .   T ab les  1 ,   2,   3 ,   an d   4   s u m m ar ize  th e  r esu lts   f o r   R esNet1 8 .   T h e   f ir s t  co lu m n   r ep r esen ts   th e  m o d el' s   b asel in e  p er f o r m an ce   o n   th e  o r ig in al  d ataset,   wh ile  th e  s ec o n d   co lu m n   r ef lects  th e  p er f o r m an ce   af ter   d ata  clea n in g .   T h e  f in al  co lu m n   d em o n s tr ates  th e  en h a n ce m en ts   ac h iev ed   b y   in co r p o r atin g   g en er ated   s am p les u s in g   a  GAN  [ 2 8 ] ,  [ 2 9 ] .   T ab le  1   h ig h lig h ts   th e  im p r o v em en ts   in   p r ec is io n   o b s er v ed   af ter   ea ch   s tag e  o f   d ataset  o p tim izatio n .   W h ile  p r u n in g   in itially   r ed u c es  th e  n u m b er   o f   tr ai n in g   s am p les,  it  h elp s   elim in ate  n o is y   d ata,   r esu ltin g   i n   b etter   p r ec is io n   f o r   s o m e  class es.  I n co r p o r atin g   g en er ate d   s am p les f u r th er   en h a n ce s   p r ec is io n ,   p ar ticu lar ly   f o r   u n d er r ep r esen ted   o r   m is class if ied   class es,  s u ch   as “ ca t”  an d   “d o g ”  [ 2 8 ] ,  [ 2 9 ] .       T ab le  1 .   Pre cisi o n   co m p ar is o n   ( R esNet1 8 ) .   T h is   tab le  co m p a r es th e  p r ec is io n   o f   R esNet1 8   ac r o s s   d if f er en t  s tag es: b aselin e,   af ter   p r u n i n g ,   an d   af ter   in co r p o r atin g   g en e r ated   s am p les   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   G A N   A i r p l a n e   0 . 8 6 9   0 . 8 8 7   0 . 8 2 2   A u t o mo b i l e   0 . 9 2 9   0 . 9 8 4   0 . 9 1 9   B i r d   0 . 9 4 2   0 . 9 5 0   0 . 8 5 6   Cat   0 . 7 8 6   0 . 6 5 9   0 . 8 4 3   D e e r   0 . 8 1 9   0 . 9 5 4   0 . 8 7 7   D o g   0 . 8 7 0   0 . 6 2 7   0 . 8 7 6   F r o g   0 . 8 7 7   0 . 8 6 1   0 . 8 9 9   H o r se   0 . 9 1 7   0 . 8 4 3   0 . 9 6 3   S h i p   0 . 9 2 3   0 . 9 4 1   0 . 9 7 4   Tr u c k   0 . 9 7 9   0 . 7 4 7   0 . 9 5 5   A v e r a g e   0 . 8 9 1   0 . 8 4 5   0 . 8 9 8   S t d   D e v   0 . 0 5 9   0 . 1 2 7   0 . 0 5 3       T ab le  2   d em o n s tr ates  h o w  r ec all  im p r o v es  af ter   d ata  au g m en tatio n   with   GAN.   W h il e  p r u n in g   o cc asio n ally   r e d u ce s   r e ca ll  d u e  to   a   s m aller   d ataset  s ize,   th e   ad d itio n   o f   g en er ated   s am p le s   h elp s   r ec o v er   an d   ev en   e n h an ce   r ec all   b y   b alan cin g   class   r ep r esen tatio n   a n d   r eso lv in g   an n o tatio n   in co n s is ten cies   [ 2 1 ] – [ 3 0 ] .  T h is   p r o ce s s   en s u r es  th at  t h e  m o d el  ca n   b etter   i d en tif y   r elev an t  p atter n s ,   p ar tic u lar ly   in   p r ev io u s ly   u n d er r ep r esen ted   class es.  T ab le  3   f u r th e r   h ig h lig h ts   th e   b alan ce d   im p r o v em e n ts   in   th e   F1 - s co r e  ac h iev ed   th r o u g h   th e   p r o p o s ed   o p tim izatio n   tech n iq u es.  T h e  a d d itio n   o f   h ig h - q u ality   GAN - g en er ated   s am p les  m itig ates  th e  tr ad e - o f f   b etwe en   p r ec is io n   an d   r ec all  b y   p r o v id in g   m o r e  d iv er s e  a n d   r ep r esen tativ e  tr ain in g   d ata.   As  a  r esu lt,  th e   m o d el   d em o n s tr ates  co n s is ten t  p er f o r m an ce   g ain s   ac r o s s   class es,  r ein f o r ci n g   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e  d ata - ce n tr ic  ap p r o ac h   in   im p r o v i n g   m o d el  r eliab ilit y   [ 9 ] ,  [ 3 2 ] .   T ab le  4   s u m m ar izes   th e  ac c u r ac y   im p r o v em en ts   o f   R esNet1 8   ac r o s s   d if f er e n t  s tag es  o f   d ataset   o p tim izatio n .   W h ile  p r u n in g   r ed u ce s   ac cu r ac y   in   s o m e  clas s es  d u e  to   d ata  lo s s ,   th e  i n co r p o r atio n   o f   GAN - g en er ated   s am p les  r esto r es  an d   en h an ce s   o v er all  ac cu r ac y   b y   b alan cin g   class   r ep r esen tatio n   an d   im p r o v i n g   m o d el  r o b u s tn ess   [ 2 9 ] – [ 3 1 ] .   As  s h o wn   in   Fig u r e  6 ,   th e  GAN - g en er ated   s am p les  ex h ib i t  h ig h   f id elity   an d   v ar iety ,   ef f ec tiv el y   ad d r ess in g   is s u es  lik e  clas s   im b alan ce   an d   p o o r - q u ality   o r i g in al  d ata.   T h ese  h ig h - q u ality   s am p les  en h an ce   m o d el  g e n e r aliza tio n   an d   im p r o v e  class - s p ec if ic  ac cu r ac y   b y   p r o v i d in g   m o r e   d iv er s e  an d   r ep r esen tativ e  tr ain in g   d ata  [ 9 ] ,  [ 3 2 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   tr a in in g   p erfo r ma n ce   fo r   s ma ll mo d els u s in g   d a t a - ce n tr ic  a p p r o a ch es   ( R ed a   A .   E l - K h o r ib i )   2959   T ab le  2 .   R ec all  co m p a r is o n   ( R esNet1 8 ) .   T h is   tab le  co m p ar es th e  r ec all  o f   R esNet1 8   at  ea ch   s tag e  o f   o p tim izatio n : b aselin e,   p r u n in g ,   an d   d ata  au g m en tatio n   with   GAN   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   G A N   A i r p l a n e   0 . 9 2 9   0 . 8 4 3   0 . 9 4 5   A u t o mo b i l e   0 . 9 6 2   0 . 8 1 2   0 . 9 5 9   B i r d   0 . 7 2 7   0 . 5 7 3   0 . 8 7 3   Cat   0 . 8 5 0   0 . 7 3 7   0 . 7 8 9   D e e r   0 . 9 3 5   0 . 7 1 9   0 . 9 1 4   D o g   0 . 7 8 8   0 . 8 8 4   0 . 8 5 6   F r o g   0 . 9 5 3   0 . 9 2 9   0 . 9 5 7   H o r se   0 . 9 3 3   0 . 8 8 4   0 . 9 0 6   S h i p   0 . 9 4 5   0 . 8 5 0   0 . 8 6 0   Tr u c k   0 . 8 4 7   0 . 9 7 8   0 . 9 0 1   A v e r a g e   0 . 8 8 7   0 . 8 2 1   0 . 8 9 6   S t d   D e v   0 . 0 8 0   0 . 1 1 8   0 . 0 5 3       T ab le  3 .   F1 - s co r e  co m p ar is o n   ( ( R esNet1 8 ) .   T h is   tab le  illu s tr ates th e  co m b in ed   e f f ec ts   o f   p r ec is io n   an d   r ec all  im p r o v em e n ts   o n   th e   F1 - s co r e   at  d if f er en t  o p tim izatio n   s tag e s   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   G A N   A i r p l a n e   0 . 8 9 8   0 . 8 6 5   0 . 8 7 9   A u t o mo b i l e   0 . 9 4 5   0 . 8 9   0 . 9 3 9   B i r d   0 . 8 2 1   0 . 7 1 5   0 . 8 6 4   Cat   0 . 8 1 7   0 . 6 9 6   0 . 8 1 5   D e e r   0 . 8 7 3   0 . 8 2   0 . 8 9 5   D o g   0 . 8 2 7   0 . 7 3 4   0 . 8 6 6   F r o g   0 . 9 1 3   0 . 8 9 4   0 . 9 2 7   H o r se   0 . 9 2 5   0 . 8 6 3   0 . 9 3 4   S h i p   0 . 9 3 4   0 . 8 9 3   0 . 9 1 3   Tr u c k   0 . 9 0 8   0 . 8 4 7   0 . 9 2 7   A v e r a g e   0 . 8 8 6   0 . 8 2 2   0 . 8 9 6   0 . 0 4   S t d   D e v   0 . 0 4 9   0 . 0 7 7       T ab le  4 .   Acc u r ac y   co m p ar is o n   ( R esNet1 8 ) .   T h is   tab le  h ig h li g h ts   th e  ac cu r ac y   o f   R esNet1 8   at  d if f er en t  o p tim izatio n   s tag es: b aselin e,   af ter   p r u n in g ,   an d   a f ter   in co r p o r atin g   GAN - g en e r ated   s am p l es   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   GAN   A i r p l a n e   0 . 9 0 5   0 . 8 2 4   0 . 9 6 3   A u t o mo b i l e   0 . 8 9 8   0 . 7 8 7   0 . 9 4   B i r d   0 . 8 7   0 . 6 0 7   0 . 8 4 3   Cat   0 . 6 4 1   0 . 7 1 5   0 . 8 2   D e e r   0 . 8 9 2   0 . 8 0 9   0 . 9 1 8   D o g   0 . 8 4 2   0 . 8 4 8   0 . 8 4 7   F r o g   0 . 9 2 9   0 . 8 7 8   0 . 9 2 5   H o r se   0 . 8 7 3   0 . 9 5 2   0 . 9 1 9   S h i p   0 . 9 6 5   0 . 7 5   0 . 9 5 2   Tr u c k   0 . 9 5 1   0 . 9 8 6   0 . 9 0 3   A v e r a g e   0 . 8 7 7   0 . 8 1 6   0 . 9 0 3   S t d   D e v   0 . 0 8 6   0 . 1 0 6   0 . 0 4 7           Fig u r e  1 .   E x am p les o f   GAN - g en er ated   s am p les u s ed   f o r   au g m en tin g   th e  d ataset.   T h ese  h ig h - q u ality   s am p les  en h an ce   th e   d iv er s ity   an d   r ep r esen tatio n   o f   u n d er r ep r esen ted   class es,  s ig n if ican tly   co n tr i b u tin g   to   im p r o v ed     class if icatio n   p er f o r m an ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 9 5 1 - 2 9 6 4   2960   T h e  p e r f o r m an ce   o f   R esNet1 8   d em o n s tr ates  th at  th e   p r o p o s e d   d ata - ce n tr ic  a p p r o a ch ,   wh ic h   in v o lv es  p r u n in g   an d   a u g m e n tatio n ,   co n s is ten tly   im p r o v es  k ey   e v alu atio n   m etr ics.  T h ese  f in d in g s   v alid ate  th e   ef f ec tiv en ess   o f   p r i o r itizin g   d ataset  q u ality   o v er   m o d el   co m p le x ity .   P ar ticu la r ly   w h en   e n h an ci n g   t h e   p er f o r m an ce   o f   s m aller   m o d els  [ 2 ] .     4 . 5 .     I ncept io nV3   perf o rma nce  ev a lua t io n   W e  r ep licated   th e  d ataset  o p t im izatio n   ex p er im en ts   u s in g   t h e  I n ce p tio n V 3   ar ch itectu r e  t o   ev alu ate  th e  g en er aliza b ilit y   o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   ac r o s s   d if f e r e n t  m o d els.  T a b les  5   to   8   p r esen t  th e  r esu lts   f o r   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   a n d   ac cu r ac y ,   d em o n s tr atin g   co n s is ten t  p er f o r m an ce   im p r o v em en ts   s im ilar   to   th o s e  o b s er v e d   with   R esNet1 8 .   T ab le  5   in d icate s   a  s im ilar   tr en d   in   p r ec is io n   im p r o v em e n t f o r   I n ce p tio n V3   as   s ee n   in   R esNet1 8 ,   co n f ir m in g   th e  ef f ec tiv e n ess   o f   th e   d ata - c en tr ic  ap p r o ac h   ac r o s s   m u ltip le  ar ch itectu r es   [ 9 ] ,  [ 2 0 ] – [ 2 6 ] ,  [ 2 8 ] ,   [ 2 9 ] .   As  p r esen ted   in   T ab le  6   th e  r ec all  v a lu es  s h o w  co n s is ten t  im p r o v em en ts   with   GAN - au g m en ted   s am p les,  p ar ticu la r ly   f o r   u n d er r e p r esen ted   class es  lik e  b ir d   an d   ca t.  T h ese  r esu lts   em p h asize  th e  ab ilit y   o f   th e  o p tim ized   d ataset  to   im p r o v e  m o d el  s en s itiv ity   to   r elev an t in s tan ce s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   T ab le  7   d em o n s tr ates  th e  co m b in ed   im p r o v e m en ts   in   p r e cisi o n   an d   r ec all  th r o u g h   th e   F1 - s co r e  m etr ic.   GAN - b ased   au g m en ta tio n   s ig n if ican tly   en h a n ce s   F1 - s co r es,  p ar ticu la r ly   f o r   clas s es  lik e  "d o g "  a n d   "c at"  th at  p r ev io u s ly   s u f f er e d   f r o m   lo w  r ec all  o r   p r ec is io n .   T h is   im p r o v em e n t  r ein f o r ce s   t h e  ef f ec tiv en ess   o f   b alan ce d   d ata  a u g m e n tatio n   s tr ateg ies in   im p r o v in g   m o d el  p er f o r m a n ce   [ 3 0 ] – [ 3 2 ] .   As  s h o wn   in   T ab le  8 ,   th e  o v er all  ac cu r ac y   o f   I n ce p tio n V3   im p r o v es  s ig n if ican tly   af ter   GAN   au g m en tatio n .   T h is   im p r o v e m en t  v alid ates  th e  g e n er aliza b ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   d ata - c en tr ic  o p tim izatio n   ap p r o ac h   ac r o s s   d if f er en t  m o d el  ar ch itectu r es.  T h e  co n s i s ten t  ac cu r ac y   g ain s   d em o n s tr ate  th e  m eth o d 's   ef f ec tiv en ess   b ey o n d   R esNet1 8 ,   h ig h li g h tin g   its   p o te n tial f o r   b r o ad e r   ap p licatio n s   in   d ee p   l ea r n in g   [ 2 8 ] ,  [ 2 9 ] .       T ab le  5 .   Pre cisi o n   co m p ar is o n   ( I n ce p tio n V3 ) .   T h is   tab le  co m p ar es th e  p r ec is io n   o f   I n ce p t io n V3     at  d if f er en t stag es: b aselin e,   af ter   p r u n in g ,   a n d   with   GAN - g e n er ated   s am p les   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   G A N   A i r p l a n e   0 . 9 0 9   0 . 7 7 9   0 . 8 9 1   A u t o mo b i l e   0 . 9 4 9   0 . 9 4 2   0 . 9 5 6   B i r d   0 . 9 1 3   0 . 7 4   0 . 9 0 7   Cat   0 . 9 2 5   0 . 8 6 2   0 . 8 5 9   D e e r   0 . 9 2 6   0 . 9 5   0 . 9 6 3   D o g   0 . 8 5 9   0 . 9 2 9   0 . 8 7 5   F r o g   0 . 8 8 6   0 . 9 3 7   0 . 9 4 4   H o r se   0 . 8 7 6   0 . 9 0 9   0 . 9 5 9   S h i p   0 . 9 5 5   0 . 9 7 4   0 . 9 1 6   Tr u c k   0 . 8 9 4   0 . 9 5 6   0 . 9 1 8   A v e r a g e   0 . 9 0 9   0 . 8 9 8   0 . 9 1 9   S t d   D e v   0 . 0 3 1   0 . 0 8   0 . 0 3 6       T ab le  6 .   R ec all  co m p a r is o n   ( I n ce p tio n V3 ) .   T h is   tab le  h ig h lig h ts   th e  r ec all  v alu es o f   I n ce p tio n V3     at  d if f er en t  o p tim izatio n   s tag e s : b aselin e,   af ter   p r u n in g ,   a n d   with   GAN - g en er ated   s am p les   C l a s s   B a se l i n e   A f t e r   P r u n i n g   W i t h   G A N   A i r p l a n e   0 . 9 3 1   0 . 9 6 3   0 . 9 3 5   A u t o mo b i l e   0 . 9 6 1   0 . 9 7 6   0 . 9 7 3   B i r d   0 . 8 7 0   0 . 9 2 1   0 . 8 6 6   Cat   0 . 7 3 7   0 . 7 8 2   0 . 8 3 0   D e e r   0 . 8 9 4   0 . 8 8 3   0 . 8 8 3   D o g   0 . 8 5 7   0 . 7 8 1   0 . 8 7 5   F r o g   0 . 9 6 7   0 . 9 4 0   0 . 9 5 6   H o r se   0 . 9 7 6   0 . 9 4 5   0 . 9 5 3   S h i p   0 . 9 2 0   0 . 7 8 6   0 . 9 6 5   Tr u c k   0 . 9 6 6   0 . 9 1 4   0 . 9 4 9   A v e r a g e   0 . 9 0 8   0 . 8 8 9   0 . 9 1 8   S t d   D e v   0 . 0 7 3   0 . 0 7 8   0 . 0 5 0       4 . 6 .     P er f o r m a nce  a na ly s is   o f   t he  m o d   T h e  im p ac t  o f   d ata - ce n tr ic  o p tim izatio n   was  an aly ze d   ac r o s s   all  clas s es,  f o cu s in g   o n   th e   b aselin e,   p r u n e d ,   an d   GAN - au g m e n ted   s tag es.  T h is   ev alu atio n   h ig h lig h ts   p er f o r m a n ce   d if f er e n ce s   r esu ltin g   f r o m   d ata   clea n in g   a n d   a u g m e n tatio n .   Fig u r es  3   a n d   5 ,   alo n g   wit h   tab les  in   s ec tio n s   1   th r o u g h   8 ,   p r esen t  th e  p er f o r m an ce   m etr ics  f o r   R esNet1 8   an d   I n ce p tio n V 3 .   T h e  r esu lts   d em o n s tr ate  th e   co n s is ten t  im p r o v e m en ts   ac h iev ed   th r o u g h   th e  p r o p o s ed   o p tim izatio n   a p p r o ac h .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.