<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Bioeng. Biotechnol.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Bioengineering and Biotechnology</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Bioeng. Biotechnol.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-4185</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">890132</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fbioe.2022.890132</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Bioengineering and Biotechnology</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Multi-Task Learning Based on Stochastic Configuration Networks</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Dong et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Multi-Task Learning Neural Networks</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Xue-Mei</given-names>
</name>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>Xudong</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1699020/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Xiaoping</given-names>
</name>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Collaborative Innovation Center of Statistical Data Engineering, Technology &#x26; Application</institution>, <institution>School of Statistics and Mathematics</institution>, <institution>Zhejiang Gongshang University</institution>, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xudong Kong, <email>simon_kong@163.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Bionics and Biomimetics, a section of the journal Frontiers in Bioengineering and Biotechnology</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/865332/overview">Gongfa Li</ext-link>, Wuhan University of Science and Technology, China</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1498927/overview">Inci M Baytas</ext-link>, Bo&#x11f;azi&#xe7;i University, Turkey</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/862620/overview">Tiantian He</ext-link>, Agency for Science, Technology and Research (A&#x2217;STAR), Singapore</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>04</day>
<month>08</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>890132</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>05</day>
<month>03</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>16</day>
<month>06</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Dong, Kong and Zhang.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Dong, Kong and Zhang</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>When the human brain learns multiple related or continuous tasks, it will produce knowledge sharing and transfer. Thus, fast and effective task learning can be realized. This idea leads to multi-task learning. The key of multi-task learning is to find the correlation between tasks and establish a fast and effective model based on these relationship information. This paper proposes a multi-task learning framework based on stochastic configuration networks. It organically combines the idea of the classical parameter sharing multi-task learning with that of constraint sharing configuration in stochastic configuration networks. Moreover, it provides an efficient multi-kernel function selection mechanism. The convergence of the proposed algorithm is proved theoretically. The experiment results on one simulation data set and four real life data sets verify the effectiveness of the proposed algorithm.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>multi-task learning</kwd>
<kwd>neural networks</kwd>
<kwd>stochastic configuration</kwd>
<kwd>knowledge sharing and transfer</kwd>
<kwd>supervised mechanism</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Bionics and Biomimetics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>In supervised machine learning, we often encounter situations that establishing models for several related tasks, such as searching cancer sites, identifying cancer types, judging cancer stages and so on, based on cancer image data. Generally, these tasks are undertaken separately, which we refer to as single-task supervised learning (STSL) in traditional machine learning (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Ben-David and Schuller, 2003</xref>). These models do not consider the correlation among multiple tasks so some common information in model parameters or data features is lost. In particular, when the training sample size of a single task is insufficient, it is difficult for STSL to capture enough information, which results in poor generalization performance. Multi-task supervised learning (MTSL) provides a solution for such a situation. It improves the performance of each task by setting shared representations among related tasks (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Baxter, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Argyriou et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Liu et al., 2017</xref>). In a sense, a very important reason why human beings can learn based on a small number of samples is that human beings can make full use of various senses to obtain enough information and synthesize relevant information. MTSL is one of the ways to realize this idea.</p>
<p>Classical MTSL can be roughly divided into two categories, namely, MTSL based on constraint sharing and MTSL based on parameter sharing. In relation to the first method, <xref ref-type="bibr" rid="B1">Argyriou et al. (2008)</xref> proposed the MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub> based on regularization strategies, that was achieved by adding a regularization term for all the tasks&#x2019; objective function coefficients on the cost function. But this method performs poorly when data features have the problem of collinearity. To reduce the impact of this problem, <xref ref-type="bibr" rid="B8">Chen et al. (2012)</xref> added a quadratic regularization term for all the tasks&#x2019; objective function coefficients based on MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub>. In 2015, <xref ref-type="bibr" rid="B10">Duong et al. (2015)</xref> used <italic>L</italic>
<sub>2</sub> distance to regularize the parameters in their multi-task neural networks, so that each task has similar but different model parameters. In 2017, <xref ref-type="bibr" rid="B24">Yang and Hospedales (2017)</xref> used the trace norm to implement Duong&#x2019;s model. In 2019, <xref ref-type="bibr" rid="B17">Oliveira et al. (2019)</xref> attempted to conceive a group LASSO with asymmetric transference formulation in multi-task learning, looking for the best of both worlds in a framework that admits the overlap of groups. Since all of these MTSL methods need to learn sparse features, their performance is not ideal when the data has few features. The MTSL methods based on parameter sharing (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Caruana, 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Jacob et al., 2009</xref>) are not affected by this problem. In 1997, Caruana (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Caruana, 1997</xref>) proposed a MTSL method (MTL) based on backpropagation neural networks. He mirrored the correlation information by sharing the input and hidden layer neurons among different tasks. In 1998, <xref ref-type="bibr" rid="B14">Lecun et al. (1998)</xref> used convolutional neural networks, named as LeNet-5, for document recognition on the basis of MTL. Their results clearly demonstrated the advantages of training a recognizer at the word level, rather than training it on presegmented, hand-labeled, isolated characters. In 2018, <xref ref-type="bibr" rid="B16">Ma et al. (2018)</xref> proposed multi-gate mixture-of-experts (MMoE), which adapted the mixture-of-experts (MoE) structure to multi-task learning by sharing the expert submodels across all tasks, while also had a gating network trained to optimize each task. In 2021, Zhang et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Zhang et al., 2021</xref>) developed a programming framework, AutoMTL, which generates compact multi-task models given an arbitrary input backbone convolutional neural network model and a set of tasks. However, these methods have high computational complexity and poor learning performance when the training samples are insufficient.</p>
<p>To address the aforementioned problems, this paper proposes a MTSL method based on a constraint sharing framework of stochastic configuration networks (SCNs) proposed by Wang et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Wang and Li, 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Wang and Li, 2017b</xref>) Instead of the complex gradient descent method for solving the weight parameters of hidden layer nodes in general neural networks, SCNs use a supervision mechanism to stochastically configure these parameters. This stochastic configuration mechanism greatly reduces the computational complexity. Inspired by this idea, we establish a multi-task supervised learning algorithm based on stochastic configuration radial basis networks (MTSL-SCRBN). The main contributions of this study are as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1. We combine constraint sharing of SCNs and parameter sharing of MTSL organically. The shared parameters are stochastically configured under certain constraint, which has low computational complexity. At the same time, to improve learning performance, the radial basis functions (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Powell, 1987</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Broomhead and Lowe, 1988</xref>) with different scale parameters are used as the basis functions to replace the original sigmoid functions of SCNs.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2. Two types of difficult to choice hyper parameters of the proposed model, the scale parameters and the centers of the radial basis functions, are stochastically configured during the learning process.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The rest of the paper is organized as follows. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, we briefly review MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub>, MTEN, MTL, and SCNs. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> details our proposed algorithm MTSL-SCRBN and proves its convergence. The experimental results of these algorithms on one simulation data set and five real data sets are detailed in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> summarizes this paper.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Related Work</title>
<p>Firstly, we introduce some notations. Suppose that there are <italic>M</italic> supervised learning tasks. The samples of the <italic>m</italic>-th task are given by,<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>i</italic> &#x3d; 1, &#x2026;, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub>, <italic>m</italic> &#x3d; 1, &#x2026;, <italic>M</italic>, and T means transpose transform.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Multi-Task Learning Methods Based on Constraint Sharing</title>
<p>Inspired by group sparsity, Argyrios et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Argyriou et al., 2008</xref>) proposed the MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub> method to learn the correlation among multiple tasks under a regularization strategy. It can be described as the following optimization problem,<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m4">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where<inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m5">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, &#x2016; &#x22c5;&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> is the Frobenius norm, <italic>V</italic> &#x3d; [<bold>v</bold>
<sup>1</sup>, &#x2026;, <bold>v</bold>
<sup>
<italic>M</italic>
</sup>] on behalf of the model coefficient matrix, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> represents the <italic>m</italic>-th column of <italic>V</italic>, which is the coefficient vector of the <italic>m</italic>-th task. <italic>&#x3bb;</italic> represents the regularization coefficient and <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>. For the input <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> of the <italic>m</italic>-th task, MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub> gives the predicted value <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>When data features have the problem of collinearity, MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub> will have an unstable prediction performance. Xi Chen et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Chen et al., 2012</xref>) proposed the MTEN method by adding another quadratic regularization term for the objective function coefficients of all tasks on the basis of MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub>. It can be described as the following optimization problem,<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m11">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MTEN</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>&#x3c1;</italic> &#x2208; [0, 1] represents the elastic net mixing parameter. For the input <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m12">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> of the <italic>m</italic>-th task, MTEN gives the predicted value <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MTEN</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In the case of insufficient data features and data size, the two algorithms MTL-<italic>L</italic>
<sub>21</sub> and MTEN cannot obtain enough information by learning sparse features, which leads to poor prediction performance.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Multi-Task Learning Methods Based on Parameter Sharing</title>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B7">Caruana (1997)</xref> implemented MTSL on backpropagation nets by sharing input and hidden layer neurons among different tasks. Essentially, this method optimizes the choice of function space by the correlation among tasks and obtains better internal weight parameters.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows the process of traditional backpropagation nets to deal with four related tasks. This method ignores the information among related tasks. Especially in the case of insufficient data samples, these models may have problems such as over-fitting.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Single-task backpropagation nets.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbioe-10-890132-g001.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> shows the multi-task backpropagation net (MTL) conceived by Caruana. In MTL, each task shares input and hidden layer neurons.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The multi-task backpropagation net.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbioe-10-890132-g002.tif"/>
</fig>
<p>Compared with the data form given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>, the data form suitable for MTL is that different tasks have the same input,<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m14">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and the output is,<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m15">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>MTL can be described as follows<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m16">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg min</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>S</italic> is the number of hidden layer nodes, <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m17">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the external weight parameter of the <italic>m</italic>-th task in the <italic>j</italic>-th hidden layer node. <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> (here <italic>g</italic> represents the sigmoid function), <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m19">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>b</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> represent the internal weight parameter vector and the bias internal weight parameter shared by the backpropagation net. <bold>
<italic>&#x3b2;</italic>
</bold> &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>
<italic>N</italic>&#xd7;<italic>M</italic>
</sup>, <italic>W</italic> &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#xd7;<italic>N</italic>
</sup>, <bold>b</bold> &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>
<italic>N</italic>
</sup> are the corresponding parameter matrix. For the input <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m20">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> of the <italic>m</italic>-th task, MTL gives the predicted value <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m21">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>From a mathematical point of view, the essence of the backpropagation net is the gradient descent algorithm. In single-task supervised learning, the backpropagation net may fall into local optimum. However, in multi-task supervised learning, the local optimum of different tasks is in different positions, and the interaction among tasks can help the hidden layer to escape from local optimums (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Caruana, 1997</xref>).</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Stochastic Configuration Networks</title>
<p>Wang and Li (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Wang and Li, 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Wang and Li, 2017b</xref>) proposed supervised stochastic configuration networks, and implemented SCNs using three algorithms SC-i (i&#x3d;I,II,III). SC-i starts with a small network structure (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Tin-Yan Kwok and Dit-Yan Yeung, 1997</xref>), and uses a supervision mechanism to add hidden layer neurons until the model meets a predetermined error criterion. Since SC-III performs the best of the three algorithms, we next describe the implementation of the SC-III algorithm.</p>
<p>Suppose a SC-III with <italic>L</italic> &#x2212; 1 hidden layer nodes has already been constructed, that is,<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m22">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m23">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> represents the optimal external weight parameter of the <italic>j</italic>-th hidden layer node, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m24">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m25">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> represent the optimal internal weight parameters of the <italic>j</italic>-th hidden layer node.</p>
<p>For training data set <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m26">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>Y</italic> &#x3d; [<bold>y</bold>
<sup>1</sup>, &#x2026;, <bold>y</bold>
<sup>
<italic>q</italic>
</sup>] &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>
<italic>N</italic>&#xd7;<italic>q</italic>
</sup>, where <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m27">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Let <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m28">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m29">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which is the residual error matrix of the (<italic>L</italic> &#x2212; 1)-th hidden layer node. If &#x2016;<bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sup>
<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> does not meet the predetermined error criteria, SC-III needs to generate a new hidden layer node, that is, stochastically configure internal weight parameters <bold>w</bold>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>b</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> from an uniform distribution <italic>U</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#x2b;1</sup>[ &#x2212; &#x3a6;, &#x3a6;], &#x3a6; &#x3e; 0. For new variables,<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m30">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>if <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m31">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, then <bold>w</bold>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>b</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> are considered to meet the condition, otherwise <bold>w</bold>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>b</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> need to be configured again. With the qualified internal weight parameters <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m32">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, SC-III obtains the optimal external weight parameter vector by the following optimization problem,<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m34">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The leading model <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m35">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> will have an improved residual error. Repeat the above steps to add hidden layer nodes until the residual error meets the predetermined error criteria.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Multi-Task Supervised Learning Based on Stochastic Configuration Radial Basis Networks</title>
<p>In this section, we introduce the proposed MTSL-SCRBN algorithm.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Model Introduction</title>
<p>In order to combine SCNs and MTL organically, we need to change the data form given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>. In MTSL-SCRBN, first, we require each task to have a same number of samples, namely, <italic>N</italic>
<sub>1</sub> &#x3d;&#x2026;&#x3d; <italic>N</italic>
<sub>
<italic>M</italic>
</sub> &#x3d;: <italic>N</italic>. (If the number of samples for each task is different, this requirement can be achieved by random sampling.) Then we merge the input data of different tasks into a new input data, that is, the <italic>i</italic>-th new input data is <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m36">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m37">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is the <italic>i</italic>-th input of the <italic>m</italic>-th task, for <italic>i</italic> &#x3d; 1, &#x2026;, <italic>N</italic> and <italic>m</italic> &#x3d; 1, &#x2026;, <italic>M</italic>. The corresponding <italic>i</italic>-th new output data is <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m39">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the original output of <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m40">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> in the <italic>m</italic>-th task. The goal of our MTSL-SCRBN is to establish an appropriate model from <italic>R</italic>
<sup>
<italic>Md</italic>
</sup> to <italic>R</italic>
<sup>
<italic>M</italic>
</sup> based on these data <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In order to obtain good learning performance, we use the following radial basis function <italic>k</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub>(<bold>x</bold>, <bold>x</bold>&#x2032;) as model&#x2019;s basis function,<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <bold>x</bold> is the input, <bold>x</bold>&#x2032; represents the center and <italic>&#x3c3;</italic> is the scale parameter.</p>
<p>Suppose <italic>f</italic>
<sup>0</sup> &#x3d; [0, 0, &#x2026;, 0] &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>
<italic>M</italic>
</sup>, for <italic>L</italic> &#x3d; 2, 3, &#x2026;, it is assumed that a MTSL-SCRBN with <italic>L</italic> &#x2212; 1 hidden layer nodes has already been constructed as follows,<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="m43">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m44">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a new input formed by the inputs of <italic>M</italic> tasks, and <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m45">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>,where <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m46">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> represents the optimal external weight parameter vector of the <italic>m</italic>-th task in the <italic>j</italic>-th hidden layer node, <bold>x</bold>
<sup>
<italic>j</italic>
</sup>&#x2a; and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m47">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the optimal center and the optimal scale parameter of the radial basis function in the <italic>j</italic>-th hidden layer node, respectively. Different from the traditional learning of radial basis neural network, in our MTSL-SCRBN, the optimal centers and the optimal scale parameters at each step are randomly assigned by a shared supervision mechanism given in the following. This is simple to implement and easy to obtain a learning model with good performance.</p>
<p>Denote <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m48">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m49">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m50">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, let <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sup>
<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>&#x2254;<italic>Y</italic> &#x2212; <italic>f</italic>
<sup>
<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>&#x2254;[<bold>e</bold>
<sup>1,<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>, &#x2026;, <bold>e</bold>
<sup>
<italic>M</italic>,<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>] be the residual error matrix of the (<italic>L</italic> &#x2212; 1)-th hidden layer node. If &#x2016;<bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sup>
<italic>L</italic>&#x2212;1</sup>&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> does not meet the predetermined error criteria, MTSL-SCRBN needs to generate a new hidden layer node, that is, stochastically configure the scale parameter <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> from <italic>U</italic>[0, &#x3a9;], &#x3a9; &#x3e; 0 and the center of the radial basis function <bold>x</bold>
<sup>
<italic>L</italic>
</sup> from <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Similar to that in SCNs, we introduce a variable <italic>&#x3be;</italic>
<sup>
<italic>m</italic>,<italic>L</italic>
</sup> in our multi-task learning case as follows,<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="m52">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Here <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m53">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, 0 &#x3c; <italic>r</italic> &#x3c; 1 is a given constant and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>If <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m55">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="true" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, then <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <bold>x</bold>
<sup>
<italic>L</italic>
</sup> are considered to meet the condition, otherwise, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <bold>x</bold>
<sup>
<italic>L</italic>
</sup> need to be configured again. With the qualified parameters <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m56">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>x</bold>
<sup>
<italic>L</italic>&#x2217;</sup>, MTSL-SCRBN obtains the optimal external weight parameter vector by the following optimization problem,<disp-formula id="equ12">
<mml:math id="m57">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The leading model,<disp-formula id="equ13">
<mml:math id="m58">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>will have an improved residual error. Repeat the above steps to add hidden layer nodes until the residual error meets the predetermined error criteria.</p>
<p>The above implementation process of the proposed MTSL-SCRBN algorithm is described as follows.</p>
<p>
<statement content-type="algorithm" id="alg1">
<label>Algorithm 1</label>
<p>The MTSL-SCRBN algorithm</p>
<p>
<inline-graphic xlink:href="fbioe-10-890132-fx1.tif"/>
</p>
<p>Notice that in step 19, we calculate the parameter matrix based on the standard least squares method,<disp-formula id="equ14">
<mml:math id="m59">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m60">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2020;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the Moore-Penrose generalized inverse (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Lancaster and Tismenetsky, 1985</xref>) of <bold>K</bold>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>. The setting of <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>,<italic>r</italic>
</sub> in step 7 and the updating idea of <italic>r</italic> in step 14 can be referred to literature (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Wang and Li, 2017a</xref>).</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 The Convergence Theorem of the MTSL-SCRBN Algorithm</title>
<p>We extend the method in (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Wang and Li, 2017a</xref>) to the multi-task learning framework of this paper and prove the convergence of the proposed algorithm.</p>
<p>
<statement>
<p>Theorem 1. Assume that there are some <italic>p</italic>
<sub>
<bold>k</bold>
</sub> &#x2208; <italic>R</italic>
<sup>&#x2b;</sup>, satisfying <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m61">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. Given 0 &#x3c; <italic>r</italic> &#x3c; 1 and a non-negative real value sequence {<italic>&#x3bc;</italic>
<italic>
<sub>L</sub>
</italic>} with lim<sub>
<italic>L</italic>&#x2192;&#x2b;&#x221e;</sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
<italic>
<sub>L</sub>
</italic> &#x3d; 0 and <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> &#x2264; (1 &#x2212; <italic>r</italic>). For <italic>L</italic> &#x3d; 2, 3 &#x2026;, denoted by<disp-formula id="equ15">
<mml:math id="m62">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ16">
<mml:math id="m63">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>If the basis function <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m64">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is generated to satisfy the following inequality,<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m65">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>and the external weight parameter vector is evaluated by,<disp-formula id="equ17">
<mml:math id="m66">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>Then, we have</italic> lim<sub>
<italic>L</italic>&#x2192;&#x2b;<italic>&#x221e;</italic>
</sub>&#x2016;<italic>Y</italic> &#x2212; <italic>f</italic>
<sup>
<italic>L</italic>
</sup>&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> &#x3d; 0<italic>.</italic>
</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement>
<p>Proof of Theorem 1. Define intermediate val<italic>ues</italic>
<disp-formula id="equ18">
<mml:math id="m67">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<italic>and</italic> <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m68">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, with</italic> <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m69">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic>
</p>
<p>
<italic>It is clear that</italic> <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m70">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, where</italic> <italic>L</italic> &#x3d; 2, 3, &#x2026;<italic>. So</italic> <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is monotonically decreasing and convergent. Hence, we have</italic>,<disp-formula id="equ19">
<mml:math id="m72">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, the following inequality holds,<disp-formula id="equ20">
<mml:math id="m73">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>Since</italic> lim<sub>
<italic>L</italic>&#x2192;&#x2b;<italic>&#x221e;</italic> </sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> &#x3d; 0<italic>, and</italic> 0 &#x3c; <italic>r</italic> &#x3c; 1<italic>, we have</italic> <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, and</italic> lim<sub>
<italic>L</italic>&#x2192;&#x2b;<italic>&#x221e;</italic>
</sub>&#x2016;<bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sup>
<italic>L</italic>
</sup>&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> &#x3d; 0<italic>.</italic>
</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement>
<p>Remark 1. Unli<italic>ke SC-III, we relax the condition for the configuration parameters in the formula</italic> (&#x2217;)<italic>. SC-III requires each task to meet the inequality conditions, but MTSL-SCRBN only requires the sum of all tasks to satisfy the inequality condition. The rationality of this condition will also be verified in the experiment results of next section.</italic>
</p>
</statement>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Experiment Results</title>
<p>In order to show the effectiveness of the proposed algorithm, this section uses the classical STSL algorithms SVM (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Cortes and Vapnik, 1995</xref>), SC-III (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Wang and Li, 2017a</xref>) and seven MTSL algorithms MTSL-SCRBN, MTL (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Caruana, 1997</xref>), MTEN (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Chen et al., 2012</xref>), DMTRL (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Yang and Hospedales, 2017</xref>), MMoE (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Ma et al., 2018</xref>), GAMTL (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Oliveira et al., 2019</xref>), AUTOMTL (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Zhang et al., 2021</xref>) to perform comparative experiments. All calculations are conducted using Python 3.6.5 on a computer with 2.60&#xa0;GHz CPU and 8&#xa0;GB RAM. The input features are scaled into [ &#x2212; 1, 1] and the output remains unchanged. All the results reported in this paper take averages over 20 independent trials, except for the SVM and MTEN algorithms, which have fixed experiment results. The accuracy (ACC) and root mean square error (RMSE) are chosen as the classification and regression evaluation indicators, where<disp-formula id="equ21">
<mml:math id="m75">
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m76">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m77">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> representing the target output and the learner&#x2019;s output of <italic>i</italic> &#x2212; th sample for task <italic>m</italic> respectively.</p>
<p>For different data sets, some algorithms used in the following experiments can stochastically configure hyperparameters within specified ranges or determine parameters by cross-validation. <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> gives the specific selection range of each parameter.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Parameter description.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Algorithms</th>
<th align="center">Parameters</th>
<th align="center">Parameters&#x2019; Range</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">MTSL-SCRBN</td>
<td align="left">RBF scale <italic>&#x3c3;</italic>
</td>
<td align="center">
<italic>&#x3c3;</italic> &#x223c; <italic>U</italic>[0, &#x3a9;], &#x3a9; &#x2208; (0, 100]</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MTEN</td>
<td align="center">Regularization parameters <italic>&#x3bb;</italic>, the elastic net mixing parameter <italic>&#x3c1;</italic>
</td>
<td align="center">
<italic>&#x3bb;</italic> &#x2208; {10<sup>
<italic>t</italic>
</sup>, <italic>t</italic> &#x3d; &#x2212;6, &#x2212; 5.5, &#x2026;, 6}, <italic>&#x3c1;</italic> &#x2208; [0, 1]</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">SVM</td>
<td align="left">RBF scale <italic>&#x3c3;</italic>, Penalty parameter C</td>
<td align="center">
<italic>&#x3c3;</italic> &#x2208; {2<sup>&#x2013;5</sup>, 2<sup>&#x2013;4</sup>, &#x2026;, 2<sup>4</sup>, 2<sup>5</sup>}, <italic>C</italic> &#x2208; {10<sup>
<italic>t</italic>
</sup>, <italic>t</italic> &#x3d; &#x2212;4, &#x2212; 3, &#x2026;, 3, 4}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">SC-III</td>
<td align="left">Internal weight parameters <bold>w</bold>, <italic>b</italic>
</td>
<td align="center">(<bold>w</bold>, <italic>b</italic>) &#x223c; <italic>U</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#x2b;1</sup>[ &#x2212; &#x3a6;, &#x3a6;], &#x3a6; &#x2208; {1, 5, 15, 30, 50, 100, 150, 200}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">DMTRL</td>
<td align="left">Factorisation method parameters</td>
<td align="center">{<italic>LAF</italic>, <italic>Tucker</italic>, <italic>TT</italic>}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MMoE</td>
<td align="left">Units <italic>u</italic>, NumExperts <italic>num</italic>
</td>
<td align="center">
<italic>u</italic> &#x2208; {5, 6, 7, &#x2026;, 19, 20}, <italic>num</italic> &#x2208; {5, 6, 7, &#x2026;, 19, 20}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">AUTOMTL</td>
<td align="left">Weight <italic>LR</italic>, Policy <italic>p</italic>, Decay <italic>d</italic>, Iteration <italic>iter</italic>
</td>
<td align="center">
<italic>LR</italic> &#x3d; 0.001, <italic>p</italic> &#x3d; 0.01, <italic>d</italic> &#x3d; 0.5, <italic>iter</italic> &#x3d; 400</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Experimental Results and Analysis on Simulated Data</title>
<p>The simulation data set selected in this paper is generated by the following five functions, which we refer as five tasks,<disp-formula id="equ22">
<mml:math id="m78">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>&#x2009;Task&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>:&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>&#x2009;Task&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>:&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>25</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>&#x2009;Task&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>:&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>18</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>27</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>36</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>&#x2009;Task&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mtext>:&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>26</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>65</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>39</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>52</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>&#x2009;Task&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mtext>:&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>34</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>85</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>51</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>68</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> depicts the distributions of five functions on [0, 1]. As we can see, when the independent variables of the five functions are the same, the function values follow similar trends. Therefore, learning the function values of five functions with the same independent variable can be regarded as a multi-task learning. Here, we independently extract 100 one-dimensional input data from the same uniform distribution, then calculate the corresponding function values according to these five functions, and add white Gaussian noise with a standard deviation of 0.01 to form 100 five-dimensional output data. In the following experiments, we randomly select 70% of the data as training data and 30% of the data as test data. From the figures of the five functions, it can be seen that only 70 training samples are not enough to achieve good single-task learning results. We verify this point by experimenting with single-task and multi-task algorithms.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Distribution of the simulation data set.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbioe-10-890132-g003.tif"/>
</fig>
<p>Firstly, we compare the learning performance of the proposed MTSL-SCRBN with other two STSL algorithms, SVM and SC-III, on five tasks. For MTSL-SCRBN, these five tasks are combined to learn together. The training and test RMSEs on five tasks for these three methods are given in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. Clearly, the proposed multi-task learning model can product better performance on each task than the two STSL models, which only use 70 samples to learn each task independently. Furthermore, we show the learning effects of the three algorithms on Task 1 in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. It is can be seen that the proposed MTSL-SCRBN has good learning performance where the data changes dramatically.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>The results of MTSL-SCRBN, SC-III and SVM on the simulation data set.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Task</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCRBN</th>
<th colspan="2" align="center">SC-III</th>
<th colspan="2" align="center">SVM</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Task 1</td>
<td align="char" char=".">0.1080</td>
<td align="char" char=".">
<bold>0.2589</bold>
</td>
<td align="char" char=".">0.1735</td>
<td align="char" char=".">0.4264</td>
<td align="char" char=".">0.6624</td>
<td align="char" char=".">0.8129</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Task 2</td>
<td align="char" char=".">0.5320</td>
<td align="char" char=".">
<bold>1.2773</bold>
</td>
<td align="char" char=".">0.8595</td>
<td align="char" char=".">2.1120</td>
<td align="char" char=".">3.4796</td>
<td align="char" char=".">4.2842</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Task 3</td>
<td align="char" char=".">0.9589</td>
<td align="char" char=".">
<bold>2.2985</bold>
</td>
<td align="char" char=".">1.5501</td>
<td align="char" char=".">3.7974</td>
<td align="char" char=".">6.0838</td>
<td align="char" char=".">7.6899</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Task 4</td>
<td align="char" char=".">1.3853</td>
<td align="char" char=".">
<bold>3.3163</bold>
</td>
<td align="char" char=".">2.2385</td>
<td align="char" char=".">5.4810</td>
<td align="char" char=".">8.8058</td>
<td align="char" char=".">11.1654</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Task 5</td>
<td align="char" char=".">1.8116</td>
<td align="char" char=".">
<bold>4.3383</bold>
</td>
<td align="char" char=".">2.9267</td>
<td align="char" char=".">7.1716</td>
<td align="char" char=".">11.5199</td>
<td align="char" char=".">14.6416</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The results with the minimum test errors are marked in bold.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Prediction performance of MTSL-SCRBN, SC-III and SVM on Task 1 of simulation data set.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbioe-10-890132-g004.tif"/>
</fig>
<p>Next, the comparison results of three MTSL algorithms, MTSL-SCRBN, MTL, MTEN, on the simulation data set are recorded in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. In <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, the values in parentheses represent the standard deviations of 20 experiments&#x2019; results. According to these results, compared with MTEN and MTL, the proposed MTSL-SCRBN has better approximation ability.</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>The results of MTSL-SCRBN, MTL, MTEN on the simulation data set.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th colspan="2" align="left">MTSL-SCRBN</th>
<th colspan="2" align="center">MTL</th>
<th colspan="2" align="center">MTEN</th>
</tr>
<tr>
<th align="left">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">1.2836</td>
<td align="left">
<bold>2.6383</bold>
</td>
<td align="center">6.7430</td>
<td align="center">5.1472</td>
<td align="char" char=".">7.8274</td>
<td align="char" char=".">6.2219</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">(0.1763)</td>
<td align="left">(0.0929)</td>
<td align="center">(0.0336)</td>
<td align="center">(0.0187)</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The results with the minimum test errors are marked in bold.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Prediction performance of MTSL-SCRBN, MTL, MTEN on Task 1 of simulation data set.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbioe-10-890132-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Experimental Results and Analysis on Benchmark Datasets</title>
<p>This subsection further compares seven MTSL algorithms on four benchmark datasets. They are MTL, MTEN, DMTRL, MMoE, GAMTL, AUTOMTL and the proposed MTSL-SCRBN. According to the characteristics of data sets and algorithms, different algorithms will be selected for comparative analysis on different data sets. The four benchmark datasets include three regression problems on the stock portfolio performance data set, the bionic robot data set SARCOS and the School data set, one classification problem on the Mnist data set from Yann LeCun<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>1</sup>
</xref> The basic information of the four datasets are summarized in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>.</p>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Descriptions of benchmark datasets.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Data Set</th>
<th align="center">Size</th>
<th align="center">Feature Number</th>
<th align="center">Task Number</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Stock</td>
<td align="char" char=".">63</td>
<td align="center">6</td>
<td align="char" char=".">6</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">SARCOS</td>
<td align="char" char=".">48933</td>
<td align="center">21</td>
<td align="char" char=".">7</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">School</td>
<td align="char" char=".">15362</td>
<td align="center">8</td>
<td align="char" char=".">139</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Mnist</td>
<td align="char" char=".">70000</td>
<td align="center">28&#x2a;28</td>
<td align="char" char=".">10</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Firstly, we compare the performance of MTL, MTEN, DMTRL, MMoE, GAMTL and MTSL-SCRBN on different sizes of three regression data sets. For the three data sets, we randomly choose 15/30/3,500 samples outside the training set as test set, respectively. At the same time, we select 5 tasks, all of which have more than 230 samples, from 139 tasks in School data set. <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref> below shows the specific experiment results. As we can see, the performance of each algorithm tends to be better and more stable with an increasing number of training samples. Furthermore, the proposed MTSL-SCRBN algorithm exhibits good performance even with a small number of training observations.</p>
<table-wrap id="T5" position="float">
<label>TABLE 5</label>
<caption>
<p>The comparison results of six MSTL algorithms on three data sets.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Data set</th>
<th rowspan="2" align="center">Size</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCRBN</th>
<th colspan="2" align="center">MTL</th>
<th colspan="2" align="center">MTEN</th>
<th colspan="2" align="center">DMTRL</th>
<th colspan="2" align="center">MMoE</th>
<th colspan="2" align="center">GAMTL</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Stock</td>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0796</td>
<td align="center">
<bold>0.1105</bold>
</td>
<td align="center">0.1524</td>
<td align="center">0.3016</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.1155</td>
<td align="center">0.1397</td>
<td align="center">0.1441</td>
<td align="center">0.1649</td>
<td align="center">0.0885</td>
<td align="center">0.1536</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="center">(0.0039)</td>
<td align="center">(0.0040)</td>
<td align="center">(0.0619)</td>
<td align="center">(0.0667)</td>
<td align="char" char=".">0.1370</td>
<td align="char" char=".">0.1387</td>
<td align="center">(0.0268)</td>
<td align="center">(0.0089)</td>
<td align="center">(0.0045)</td>
<td align="center">(0.0040)</td>
<td align="center">(0.0072)</td>
<td align="center">(0.0018)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0661</td>
<td align="center">
<bold>0.0904</bold>
</td>
<td align="center">0.1149</td>
<td align="center">0.2207</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">0.0973</td>
<td align="center">0.1008</td>
<td align="center">0.1362</td>
<td align="center">0.1577</td>
<td align="center">0.0811</td>
<td align="center">0.1342</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="center">(0.0050)</td>
<td align="center">(0.0069)</td>
<td align="center">(0.0158)</td>
<td align="center">(0.0754)</td>
<td align="char" char=".">0.1313</td>
<td align="char" char=".">0.1379</td>
<td align="center">(0.0188)</td>
<td align="center">(0.0112)</td>
<td align="center">(0.0091)</td>
<td align="center">(0.0057)</td>
<td align="center">(0.0074)</td>
<td align="center">(0.0065)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0542</td>
<td align="center">
<bold>0.0793</bold>
</td>
<td align="center">0.1055</td>
<td align="center">0.1712</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">0.0839</td>
<td align="center">0.0975</td>
<td align="center">0.1282</td>
<td align="center">0.1505</td>
<td align="center">0.0769</td>
<td align="center">0.1186</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="center">(0.0054)</td>
<td align="center">(0.0078)</td>
<td align="center">(0.0117)</td>
<td align="center">(0.0366)</td>
<td align="char" char=".">0.1380</td>
<td align="char" char=".">0.1339</td>
<td align="center">(0.0156)</td>
<td align="center">(0.0078)</td>
<td align="center">(0.0019)</td>
<td align="center">(0.0010)</td>
<td align="center">(0.0033)</td>
<td align="center">(0.0022)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Sarcos</td>
<td align="left"/>
<td align="center">2.3921</td>
<td align="center">
<bold>3.6667</bold>
</td>
<td align="center">5.1595</td>
<td align="center">5.9636</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">4.8021</td>
<td align="center">5.4138</td>
<td align="center">3.5679</td>
<td align="center">4.3704</td>
<td align="center">3.6894</td>
<td align="center">4.5503</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">700</td>
<td align="center">(0.0221)</td>
<td align="center">(0.0364)</td>
<td align="center">(0.0395)</td>
<td align="center">(0.0895)</td>
<td align="char" char=".">4.2165</td>
<td align="char" char=".">4.2680</td>
<td align="center">(0.1312)</td>
<td align="center">(0.1128)</td>
<td align="center">(0.0165)</td>
<td align="center">(0.0112)</td>
<td align="center">(0.0315)</td>
<td align="center">(0.0489)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">2.2732</td>
<td align="center">
<bold>3.1740</bold>
</td>
<td align="center">4.7317</td>
<td align="center">5.6063</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">4.2588</td>
<td align="center">4.7137</td>
<td align="center">2.7236</td>
<td align="center">3.4125</td>
<td align="center">2.9128</td>
<td align="center">3.6810</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">1,400</td>
<td align="center">(0.0250)</td>
<td align="center">(0.0179)</td>
<td align="center">(0.0342)</td>
<td align="center">(0.0808)</td>
<td align="char" char=".">4.1334</td>
<td align="char" char=".">4.2281</td>
<td align="center">(0.0610)</td>
<td align="center">(0.1084)</td>
<td align="center">(0.0100)</td>
<td align="center">(0.0101)</td>
<td align="center">(0.0147)</td>
<td align="center">(0.0286)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">2.1128</td>
<td align="center">
<bold>2.9291</bold>
</td>
<td align="center">4.5611</td>
<td align="center">5.0693</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">3.4181</td>
<td align="center">4.0180</td>
<td align="center">2.6235</td>
<td align="center">2.9898</td>
<td align="center">2.7503</td>
<td align="center">3.0137</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">2,100</td>
<td align="center">(0.0255)</td>
<td align="center">(0.0392)</td>
<td align="center">(0.0370)</td>
<td align="center">(0.0899)</td>
<td align="char" char=".">4.1552</td>
<td align="char" char=".">4.1818</td>
<td align="center">(0.0683)</td>
<td align="center">(0.0639)</td>
<td align="center">(0.0115)</td>
<td align="center">(0.0123)</td>
<td align="center">(0.0239)</td>
<td align="center">(0.0317)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">School</td>
<td align="left"/>
<td align="center">8.9122</td>
<td align="center">
<bold>12.1368</bold>
</td>
<td align="center">11.9488</td>
<td align="center">13.6566</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">12.0246</td>
<td align="center">13.2983</td>
<td align="center">11.9107</td>
<td align="center">13.5805</td>
<td align="center">11.7439</td>
<td align="center">12.3742</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">100</td>
<td align="center">(0.1221)</td>
<td align="center">(0.0634)</td>
<td align="center">(0.1356)</td>
<td align="center">(0.1284)</td>
<td align="char" char=".">12.1952</td>
<td align="char" char=".">13.9454</td>
<td align="center">(0.1411)</td>
<td align="center">(0.1155)</td>
<td align="center">(0.1286)</td>
<td align="center">(0.2422)</td>
<td align="center">(0.1280)</td>
<td align="center">(0.1560)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">8.4406</td>
<td align="center">
<bold>11.5972</bold>
</td>
<td align="center">11.4453</td>
<td align="center">13.3710</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">11.7838</td>
<td align="center">13.1285</td>
<td align="center">11.6480</td>
<td align="center">13.2517</td>
<td align="center">11.3313</td>
<td align="center">11.7067</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">150</td>
<td align="center">(0.0736)</td>
<td align="center">(0.0828)</td>
<td align="center">(0.1141)</td>
<td align="center">(0.1089)</td>
<td align="char" char=".">11.7394</td>
<td align="char" char=".">13.5306</td>
<td align="center">(0.1562)</td>
<td align="center">(0.1371)</td>
<td align="center">(0.0907)</td>
<td align="center">(0.1108)</td>
<td align="center">(0.0899)</td>
<td align="center">(0.0249)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">7.6262</td>
<td align="center">
<bold>10.6699</bold>
</td>
<td align="center">11.1923</td>
<td align="center">12.9307</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">11.4090</td>
<td align="center">12.9873</td>
<td align="center">11.3628</td>
<td align="center">12.9779</td>
<td align="center">10.8133</td>
<td align="center">11.3346</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">200</td>
<td align="center">(0.1177)</td>
<td align="center">(0.1067)</td>
<td align="center">(0.0874)</td>
<td align="center">(0.1145)</td>
<td align="char" char=".">11.3253</td>
<td align="char" char=".">12.8915</td>
<td align="center">(0.1589)</td>
<td align="center">(0.2015)</td>
<td align="center">(0.0748)</td>
<td align="center">(0.0612)</td>
<td align="center">(0.0546)</td>
<td align="center">(0.0307)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The results with the minimum test errors are marked in bold.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>Then, in order to further verify the performance of MTSL-SCRBN for classification cases, we compare the results of MTSL-SCRBN, DMTRL, MMoE, GAMTL and AUTOMTL on the Mnist data set. We randomly choose 50/100/150 samples from each task in the Mnist data set as training set, and 10000 samples in the remaining samples as test set. Considering that this is a high dimensional small sample problem, we firstly reduce the dimensionality of the data set, and then use MTSL-SCRBN for training and prediction. There are many dimensionality reduction methods, such as Principal Component Analysis(PCA) (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Pearson, 1901</xref>), Latent Dirichlet Allocation(LDA) (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Blei et al., 2003</xref>), Sequential Markov Blanket Criterion (SMBC) (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Pratama et al., 2017</xref>), Auto Encoder (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Hinton and Salakhutdinov, 2006</xref>) and so on. Here, we use the performance of the dimensionality-reduced data in the MTSL-SCRBN as the selection criterion, and choose Auto Encoder to reduce the dimension of original data set into 30 dimensions. It can be seen from <xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref> that the performance of MTSL-SCRBN which uses dimensionality reduction data set is a little bit better than that of other Multi-task deep learning algorithms, but as the sample size increases, the performance of the two algorithms gradually approaches.</p>
<table-wrap id="T6" position="float">
<label>TABLE 6</label>
<caption>
<p>The accuracy of MTSL-SCRBN, DMTRL, MMoE, GAMTL and AUTOMTL on Mnist data set.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Size</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCRBN</th>
<th colspan="2" align="center">DMTRL</th>
<th colspan="2" align="center">MMoE</th>
<th colspan="2" align="center">GAMTL</th>
<th colspan="2" align="center">AUTOMTL</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center">92.00%</td>
<td align="center">
<bold>67.14</bold>
<bold>%</bold>
</td>
<td align="center">91.80.00%</td>
<td align="center">64.67%</td>
<td align="center">94.16%</td>
<td align="center">62.22%</td>
<td align="center">69.47%</td>
<td align="center">57.01%</td>
<td align="center">93.26%</td>
<td align="center">60.78%</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">50</td>
<td align="center">(0.0065)</td>
<td align="center">(0.0067)</td>
<td align="center">(0.0111)</td>
<td align="center">(0.0099)</td>
<td align="center">(0.0077)</td>
<td align="center">(0.0086)</td>
<td align="center">(0.0303)</td>
<td align="center">(0.0124)</td>
<td align="center">(0.0231)</td>
<td align="center">(0.0212)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center">96.15%</td>
<td align="center">
<bold>72.25</bold>
<bold>%</bold>
</td>
<td align="center">95.90%</td>
<td align="center">70.793%</td>
<td align="center">95.92%</td>
<td align="center">68.15%</td>
<td align="center">84.62%</td>
<td align="center">68.51%</td>
<td align="center">94.56%</td>
<td align="center">70.45%</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">100</td>
<td align="center">(0.0067)</td>
<td align="center">(0.0066)</td>
<td align="center">(0.0117)</td>
<td align="center">(0.0101)</td>
<td align="center">(0.0084)</td>
<td align="center">(0.0061)</td>
<td align="center">(0.0144)</td>
<td align="center">(0.0158)</td>
<td align="center">(0.0128)</td>
<td align="center">(0.0094)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="center">97.27%</td>
<td align="center">
<bold>82.49</bold>
<bold>%</bold>
</td>
<td align="center">97.97%</td>
<td align="center">80.05%</td>
<td align="center">97.04%</td>
<td align="center">74.61%</td>
<td align="center">95.52%</td>
<td align="center">78.89%</td>
<td align="center">96.87%</td>
<td align="center">79.34%</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">150</td>
<td align="center">(0.0099)</td>
<td align="center">(0.0064)</td>
<td align="center">(0.0082)</td>
<td align="center">(0.0097)</td>
<td align="center">(0.0081)</td>
<td align="center">(0.0063)</td>
<td align="center">(0.0119)</td>
<td align="center">(0.0087)</td>
<td align="center">(0.0097)</td>
<td align="center">(0.0084)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The results with the minimum test errors are marked in bold.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Comparison Experiment Results for Different Activation Functions</title>
<p>The previous results show that the proposed MTSL-SCRBN algorithm is effective for multi-task learning in the case of small samples. This subsection mainly discusses the impact of selecting different activation functions on algorithm performance. Here we select other three usually used activation functions. They are sigmoid function, Tanh function and ReLU function. After replacing the radial basis functions in MTSL-SCRBN with these three functions respectively, the model names are respectively called MTSL-SCSGM, MTSL-SCTANH and MTSL-SCReLU. We choose to conduct comparative experiments on the Stock and SARCOS data sets.</p>
<p>For different data sets, the parameters contained in each algorithm need to be randomly set or cross verified within a certain range. The specific selection range of each parameter is given in <xref ref-type="table" rid="T7">Table 7</xref>.</p>
<table-wrap id="T7" position="float">
<label>TABLE 7</label>
<caption>
<p>Parameter description for the four models.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Models</th>
<th align="center">Parameters</th>
<th align="center">Parameters&#x2019; Range</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">MTSL-SCRBN</td>
<td align="left">RBF scale <italic>&#x3c3;</italic>
</td>
<td align="center">
<italic>&#x3c3;</italic> &#x223c; <italic>U</italic>[0, &#x3a9;], &#x3a9; &#x2208; (0, 100]</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MTSL-SCSGM</td>
<td align="left">Internal weight parameters <bold>w</bold>, <italic>b</italic>,</td>
<td align="center">(<bold>w</bold>, <italic>b</italic>) &#x2208; &#x223c; <italic>U</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#x2b;1</sup>[ &#x2212; &#x3a6;, &#x3a6;], &#x3a6; &#x2208; {1, 5, 15, 30, 50, 100, 150, 200}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MTSL-SCTANH</td>
<td align="left">Internal weight parameters <bold>w</bold>, <italic>b</italic>,</td>
<td align="center">(<bold>w</bold>, <italic>b</italic>) &#x2208; &#x223c; <italic>U</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#x2b;1</sup>[ &#x2212; &#x3a6;, &#x3a6;], &#x3a6; &#x2208; {1, 5, 15, 30, 50, 100, 150, 200}</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MTSL-SCReLU</td>
<td align="left">Internal weight parameters <bold>w</bold>, <italic>b</italic>
</td>
<td align="center">(<bold>w</bold>, <italic>b</italic>) &#x223c; <italic>U</italic>
<sup>
<italic>d</italic>&#x2b;1</sup>[ &#x2212; &#x3a6;, &#x3a6;], &#x3a6; &#x2208; {1, 5, 15, 30, 50, 100, 150, 200}</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="table" rid="T8">Table 8</xref> depicts the RMSE results of stochastic configuration multi-task learning models based on four different activation functions. Under the training samples with different sample sizes in the two data sets, the MTSL-SCRBN, which based on radial basis functions, has certain advantages over other three models in terms of performance.</p>
<table-wrap id="T8" position="float">
<label>TABLE 8</label>
<caption>
<p>The comparison results of different activation functions based models on two data sets.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Data set</th>
<th rowspan="2" align="center">Size</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCRBN</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCSGM</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCTANH</th>
<th colspan="2" align="center">MTSL-SCReLU</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
<th align="center">training</th>
<th align="center">test</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Stock</td>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0796</td>
<td align="center">
<bold>0.1105</bold>
</td>
<td align="center">0.0819</td>
<td align="center">0.1566</td>
<td align="center">0.0814</td>
<td align="center">0.1586</td>
<td align="center">0.0853</td>
<td align="center">0.1424</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">10</td>
<td align="center">(0.0039)</td>
<td align="center">(0.0040)</td>
<td align="center">(0.0048)</td>
<td align="center">(0.0057)</td>
<td align="center">(0.0036)</td>
<td align="center">(0.0036)</td>
<td align="center">(0.0035)</td>
<td align="center">(0.0055)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0661</td>
<td align="center">
<bold>0.0904</bold>
</td>
<td align="center">0.0766</td>
<td align="center">0.1231</td>
<td align="center">0.0758</td>
<td align="center">0.1242</td>
<td align="center">0.0759</td>
<td align="center">0.1194</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">20</td>
<td align="center">(0.0050)</td>
<td align="center">(0.0069)</td>
<td align="center">(0.0032)</td>
<td align="center">(0.0098)</td>
<td align="center">(0.0034)</td>
<td align="center">(0.0076)</td>
<td align="center">(0.0028)</td>
<td align="center">(0.0051)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.0542</td>
<td align="center">
<bold>0.0793</bold>
</td>
<td align="center">0.0671</td>
<td align="center">0.1128</td>
<td align="center">0.0665</td>
<td align="center">0.1037</td>
<td align="center">0.0678</td>
<td align="center">0.1009</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">30</td>
<td align="center">(0.0054)</td>
<td align="center">(0.0078)</td>
<td align="center">(0.0020)</td>
<td align="center">(0.0061)</td>
<td align="center">(0.0021)</td>
<td align="center">(0.0076)</td>
<td align="center">(0.0012)</td>
<td align="center">(0.0046)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Sarcos</td>
<td align="left"/>
<td align="center">2.3921</td>
<td align="center">
<bold>3.6667</bold>
</td>
<td align="center">3.3670</td>
<td align="center">5.1386</td>
<td align="center">3.2588</td>
<td align="center">4.9160</td>
<td align="center">3.1868</td>
<td align="center">5.5491</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">700</td>
<td align="center">(0.0221)</td>
<td align="center">(0.0364)</td>
<td align="center">(0.0263)</td>
<td align="center">(0.0868)</td>
<td align="center">(0.0308)</td>
<td align="center">(0.0746)</td>
<td align="center">(0.0140)</td>
<td align="center">(0.0824)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">2.2732</td>
<td align="center">
<bold>3.1740</bold>
</td>
<td align="center">3.1829</td>
<td align="center">4.0958</td>
<td align="center">3.0747</td>
<td align="center">4.1529</td>
<td align="center">2.9880</td>
<td align="center">4.1854</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">1,400</td>
<td align="center">(0.0250)</td>
<td align="center">(0.0179)</td>
<td align="center">(0.0161)</td>
<td align="center">(0.0713)</td>
<td align="center">(0.0178)</td>
<td align="center">(0.0598)</td>
<td align="center">(0.0112)</td>
<td align="center">(0.0767)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">2.1128</td>
<td align="center">
<bold>2.9291</bold>
</td>
<td align="center">2.9860</td>
<td align="center">3.8698</td>
<td align="center">2.8853</td>
<td align="center">3.8420</td>
<td align="center">2.8539</td>
<td align="center">3.8211</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">2,100</td>
<td align="center">(0.0255)</td>
<td align="center">(0.0392)</td>
<td align="center">(0.0136)</td>
<td align="center">(0.0764)</td>
<td align="center">(0.0127)</td>
<td align="center">(0.0494)</td>
<td align="center">(0.0705)</td>
<td align="center">(0.0506)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>The results with the minimum test errors are marked in bold.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In this paper, we propose a multi-task supervised learning framework based on stochastic configuration radial basis network. It can be effectively used in classification and regression problems when a single task has a small number of samples. The series experiment results on the four data sets show the proposed MTSL-SCRBN achieves a good performance compared with some existing methods.</p>
<p>Interesting areas for further directions include using the proposed algorithm in hyperspectral remote sensing image classification and other related research areas, considering the impact of using different activation functions in the network, and trying to explore the range of the sample size of the data set to use the multi-task learning method.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6" sec-type="data-availability">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>X-MD: Conceptualization, Methodology, Formal analysis, Supervision, Project administration. XK: Writing-original draft, Software, Investigation. XZ: Validation, Writing&#x2014;review and editing.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported in part by the Characteristic and Preponderant Discipline of Key Construction Universities in Zhejiang Province (Zhejiang Gongshang University- Statistics) and the special fund for basic business expenses of colleges and universities in Zhejiang Province.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<fn-group>
<fn id="fn1">
<label>1</label>
<p>These four datasets can be obtained from <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Stock+portfolio+performance">http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Stock&#x2b;portfolio&#x2b;performance</ext-link>, <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://gaussianprocess.org/gpml/data">http://gaussianprocess.org/gpml/data</ext-link>, <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://bristol.ac.uk/cmm/learning/support/datasets">http://bristol.ac.uk/cmm/learning/support/datasets</ext-link> and <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://yann.lecun.com/exdb/mnist/">http://yann.lecun.com/exdb/mnist/</ext-link>, respectively.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Argyriou</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Evgeniou</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pontil</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Convex Multi-Task Feature Learning</article-title>. <source>Mach. Learn</source> <volume>73</volume>, <fpage>243</fpage>&#x2013;<lpage>272</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10994-007-5040-8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Argyriou</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Evgeniou</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pontil</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). &#x201c;<article-title>Multi-task Feature Learning</article-title>,&#x201d; in <source>Advances in Neural Information Processing Systems</source>, <fpage>41</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7551/mitpress/7503.003.0010</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Baxter</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>A Model of Inductive Bias Learning</article-title>. <source>Jair</source> <volume>12</volume>, <fpage>149</fpage>&#x2013;<lpage>198</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1613/jair.731</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ben-David</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schuller</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). &#x201c;<article-title>Exploiting Task Relatedness for Multiple Task Learning</article-title>,&#x201d; in <source>Learning Theory and Kernel Machines</source> (<publisher-name>Springer</publisher-name>), <fpage>567</fpage>&#x2013;<lpage>580</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-540-45167-9_41</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blei</surname>
<given-names>D. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ng</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jordan</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Latent Dirichlet Allocation</article-title>. <source>J. Mach. Learn. Res.</source> <volume>3</volume>, <fpage>993</fpage>&#x2013;<lpage>1022</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/jmlr.2003.3.4-5.993</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Broomhead</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lowe</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1988</year>). <source>Radial Basis Functions, Multi-Variable Functional Interpolation and Adaptive Networks</source>. <publisher-loc>Malvern, United Kingdom</publisher-loc>: <publisher-name>Royal Signals and Radar Establishment Malvern United Kingdom</publisher-name>. <comment>Tech. rep.</comment>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Caruana</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Multitask Learning</article-title>. <source>Mach. Learn.</source> <volume>28</volume>, <fpage>41</fpage>&#x2013;<lpage>75</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/a:1007379606734</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lawrence</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carbonell</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>Adaptive Multi-Task Sparse Learning with an Application to Fmri Study</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the 2012 SIAM International Conference on Data Mining</source>, <fpage>212</fpage>&#x2013;<lpage>223</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/1.9781611972825.19</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cortes</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vapnik</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Support-vector Networks</article-title>. <source>Mach. Learn</source> <volume>20</volume>, <fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>297</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00994018</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Duong</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cohn</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bird</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cook</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). &#x201c;<article-title>Low Resource Dependency Parsing: Cross-Lingual Parameter Sharing in a Neural Network Parser</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the 53rd Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics and the 7th International Joint Conference on Natural Language Processing</source>, <volume>2</volume>, <fpage>845</fpage>&#x2013;<lpage>850</lpage>. <comment>Short Papers</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3115/v1/p15-2139</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hinton</surname>
<given-names>G. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salakhutdinov</surname>
<given-names>R. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Reducing the Dimensionality of Data with Neural Networks</article-title>. <source>Science</source> <volume>313</volume>, <fpage>504</fpage>&#x2013;<lpage>507</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1127647</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jacob</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vert</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bach</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). &#x201c;<article-title>Clustered Multi-Task Learning: A Convex Formulation</article-title>,&#x201d; in <source>Advances in Neural Information Processing Systems</source>, <fpage>745</fpage>&#x2013;<lpage>752</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lancaster</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tismenetsky</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1985</year>). <source>The Theory of Matrices: With Applications</source>. <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lecun</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bottou</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bengio</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Haffner</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Gradient-based Learning Applied to Document Recognition</article-title>. <source>Proc. IEEE</source> <volume>86</volume>, <fpage>2278</fpage>&#x2013;<lpage>2324</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/5.726791</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maybank</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Algorithm-dependent Generalization Bounds for Multi-Task Learning</article-title>. <source>IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.</source> <volume>39</volume>, <fpage>227</fpage>&#x2013;<lpage>241</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPAMI.2016.2544314</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yi</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hong</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chi</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). &#x201c;<article-title>Modeling Task Relationships in Multi-Task Learning with Multi-Gate Mixture-Of-Experts</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the 24th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery &#x26; Data Mining</source> (<publisher-loc>London, United Kingdom</publisher-loc>: <publisher-name>Association for Computing Machinery</publisher-name>), <fpage>1930</fpage>&#x2013;<lpage>1939</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/3219819.3220007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Oliveira</surname>
<given-names>S. H. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gon&#xe7;alves</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Von Zuben</surname>
<given-names>F. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). &#x201c;<article-title>Group Lasso with Asymmetric Structure Estimation for Multi-Task Learning</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the Twenty-Eighth International Joint Conference on Artificial Intelligence, IJCAI-19</source> (<publisher-loc>Macao, China</publisher-loc>: <publisher-name>International Joint Conferences on Artificial Intelligence Organization</publisher-name>), <fpage>3202</fpage>&#x2013;<lpage>3208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.24963/ijcai.2019/444</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pearson</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1901</year>). <article-title>Liii. on lines and planes of closest fit to systems of points in space</article-title>. <source>Lond. Edinb. Dublin Philosophical Mag. J. Sci.</source> <volume>2</volume>, <fpage>559</fpage>&#x2013;<lpage>572</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/14786440109462720</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Powell</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1987</year>). <source>Radial Basis Functions for Multivariable Interpolation: A Review</source>. <publisher-loc>Oxford, United Kingdom</publisher-loc>: <publisher-name>Algorithms for approximation</publisher-name>, <fpage>143</fpage>&#x2013;<lpage>167</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pratama</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lughofer</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Er</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>An incremental learning of concept drifts using evolving type-2 recurrent fuzzy neural networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Fuzzy Syst.</source> <volume>25</volume>, <fpage>1175</fpage>&#x2013;<lpage>1192</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tfuzz.2016.2599855</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tin-Yan Kwok</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dit-Yan Yeung</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Objective functions for training new hidden units in constructive neural networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw.</source> <volume>8</volume>, <fpage>1131</fpage>&#x2013;<lpage>1148</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/72.623214</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Robust stochastic configuration networks with kernel density estimation for uncertain data regression</article-title>. <source>Inf. Sci.</source> <volume>412-413</volume>, <fpage>210</fpage>&#x2013;<lpage>222</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ins.2017.05.047</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Stochastic configuration networks: Fundamentals and algorithms</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> <volume>47</volume>, <fpage>3466</fpage>&#x2013;<lpage>3479</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcyb.2017.2734043</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hospedales</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>Deep multi-task representation learning: A tensor factorisation approach</article-title>,&#x201d; In <conf-name>International Conference on Learning Representations</conf-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guan</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <source>Automtl: A Programming Framework for Automated Multi-Task Learning</source>, <fpage>13076</fpage>. <comment>ArXiv abs/2110</comment>.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>