多源域分布下优化权重的无监督迁移学习Boosting方法

深度决策树迁移学习Boosting方法（DTrBoost）可以有效地实现单源域有监督情况下向一个目标域迁移学习,但无法实现多个源域情况下的无监督迁移场景。针对这一问题,提出了多源域分布下优化权重的无监督迁移学习Boosting方法,主要思想是根据不同源域与目标域分布情况计算出对应的KL值,通过比较选择合适数量的不同源域样本训练分类器并对目标域样本打上伪标签。最后,依照各个不同源域的KL距离分配不同的学习权重,将带标签的各个源域样本与带伪标签的目标域进行集成训练得到最终结果。对比实验表明,提出的算法实现了更好的分类精度并对不同的数据集实现了自适应效果,分类错误率平均下降2.4%,在效果最好的marketing数据集上下降6%以上。     

多源域分布下优化权重的迁移学习Boosting方法

深度决策树迁移学习Boosting方法（DTrBoost）仅能适应一个源域与一个目标域的训练数据,无法适应多个不同分布的源域的样本。此外,DTrBoost方法同步地从源域中学习数据至目标域模型,并没有根据重要程度量化学习知识的权重。在实践中,对于某数据集的数据按照某一或某些特征划分出来的数据往往分布不一致,并且这些不同分布的数据对于最终模型的重要性也不一致,知识迁移的权重也因此不平等。针对这一问题,提出了多源域优化权重的迁移学习方法,主要思想是根据不同分布的源域空间计算出到目标域的KL距离,利用KL距离的比值计算出不同分布的源域样本的学习权重比例,从而优化整体梯度函数,使学习方向朝着梯度下降最快的方向进行。使用梯度下降算法能使模型较快收敛,在确保迁移学习效果的同时,也能确保学习的速度。实验结果表明,提出的算法在整体上实现了更好的性能并且对于不同的训练数据能够实现自适应效果,分类错误率平均下降0.013,在效果最好的OCR数据集上下降0.030。     

基于自步学习的开放集领域自适应

领域自适应的目的是将从源领域获得的知识泛化到具有不同数据分布的目标领域.传统的领域自适应方法假设源域和目标域的类别是相同的，但在现实世界的场景中并非总是如此.为了解决这个缺点，开放集领域自适应在目标域中引入了未知类以代表源域中不存在的类别.开放集领域自适应旨在不仅识别属于源域和目标域共享的已知类别样本，还要识别未知类别样本.传统的领域自适应方法旨在将整个目标域与源域对齐以最小化域偏移，这在开放集领域自适应场景中不可避免地导致负迁移.为了解决开放集领域自适应带来的挑战，提出了一种基于自步学习的新颖框架SPL-OSDA (self-paced learning for openset domain adaptation)，用于精确区分已知类和未知类样本，并进行领域自适应.为了利用未标记的目标域样本实现自步学习，为目标域样本生成伪标签，并为开放集领域自适应场景设计一个跨领域混合方法.这种方法最大程度地减小了伪标签的噪声，并确保模型逐步从简单到复杂的例子中学习目标域的已知类特征.为了提高模型在开放场景的可靠性以满足开放场景可信人工智能的要求，引入了多个准则以区分已知类和未知类样本.此外，与现有...     

局部一致性主动学习的源域无关开集域自适应

无监督域自适应在解决训练集(源域)和测试集(目标域)分布不一致的问题上已经取得了一定的成功.在面向低能耗场景和开放动态任务环境时,在资源约束和开放类别出现的情况下,现有的无监督域自适应方法面临着严峻的挑战.源域无关开集域自适应(SF-ODA)旨在将源域模型中的知识迁移到开放类出现的无标签目标域,从而在无源域数据资源的限制下辨别公共类和检测开放类.现有的源域无关开集域自适应的方法聚焦于设计准确检测开放类别的源域模型或增改模型的结构.但是,这些方法不仅需要额外的存储空间和训练开销,而且在严格的隐私保护场景下难以实现.提出了一个更加实际的场景:主动学习的源域无关开集域自适应(ASF-ODA),目标是基于一个普通训练的源域模型和少量专家标注的有价值的目标域样本来实现鲁棒的迁移.为了达成此目标,提出了局部一致性主动学习(LCAL)算法.首先,利用目标域中局部特征标签一致的特点,LCAL设计了一种新的主动选择方法:局部多样性选择,来挑选更有价值的阈值模糊样本来促进开放类和公共类分离.接着,LCAL基于信息熵初步筛选出潜在的公共类集合和开放类集合,并利用第一步得到的主动标注样本对这两个集合进行匹配纠...     

基于双重权重偏差建模的无监督域适应

无监督域适应(Unsupervised Domain Adaptation,UDA)是一类新兴的机器学习范式,其通过对源域知识在无标记目标域上的迁移利用,来促进目标域模型的训练。为建模源域与目标域之间的域分布差异,最大均值差异(Maximum Mean Discrepancy,MMD)建模被广泛应用,其对UDA的性能提升起到了有效的促进作用。然而,这些方法通常忽视了领域之间对应类规模与类分布等结构信息,因为目标域与源域的数据类规模与数据分布通常并非一致。为此,文中提出了一种基于跨域类和数据样本双重加权的无监督域适应模型(Sample weighted and Class weighted based Unsupervised Domain Adaptation Network,SCUDAN)。具体而言,一方面,通过源域类层面的适应性加权来调整源域类权重,以实现源域与目标域之间的类分布对齐;另一方面,通过目标域样本层面的适应性加权来调整目标域样本权重,以实现目标域与源域类中心的对齐。此外,文中还提出了一种CEM(Classification Expectation Maximization)优化算法,以实现对SCUDAN的优化求解。最后,通过对比实验和分析,验证了所提模型和算法的有效性。     

结合风格迁移的最小化类混淆领域自适应算法

在无监督领域自适应中分类器对目标域的样本进行类别预测时容易产生混淆预测,虽然已有研究提出了相关算法提取到样本的类间相关性,降低了分类器在目标域上的类混淆预测。但该方法仍然未能解决源域和目标域因共享特征稀疏导致的迁移学习能力不足的问题,针对这个问题,通过使用生成对抗网络对源域进行了风格迁移,扩展源域各类样本的特征空间可供目标域匹配的共享特征,解决因共享特征稀疏导致分类器正迁移力不足的问题,从而进一步减少分类器在目标域上产生的类混淆预测。当分类器利用扩充后的共享特征对目标域样本预测分类概率时,基于不确定性权重机制,加重预测概率权重使其能在几个预测概率峰值上以更高的概率值突出,准确地量化类混淆,最小化跨域的类混淆预测,抑制跨域的负迁移。在UDA场景下,对标准的数据集ImageCLEF-DA和Office-31的三个子数据集分别进行了领域自适应实验,相较于RADA算法平均识别精度分别提升了1.3个百分点和1.7个百分点。     

基于流形结构的多源自适应迁移学习算法及应用研究

迁移学习是将源域的知识迁移解决目标域问题的方法,能有效解决数据分布不一致的问题.针对多源域迁移时传统方法缺乏对多源域的可迁移性的合理分析和迁移效果的有效处理问题,提出一种基于流形结构的多源自适应迁移学习的方法,旨在提高单源域迁移效果的同时实现多源域的有效迁移.首先,对多源域进行可迁移性分析,选择可迁移的源域;然后,适配边缘分布和条件分布并引入均衡因子得到均衡分布适配,同时利用流形正则化约束数据结构,使单源域的信息使用最大化;最后,通过加权因子对不同源域分类器进行自适应加权,充分利用多源域的信息求解目标域问题.将该算法应用于滚磨光整加工中滚抛磨块的优选,通过建立滚抛磨块的相似度匹配方法,构建基于流形结构的多源自适应迁移学习的滚抛磨块优选模型.大量对比实验表明所提出方法表现更佳,准确率最高至73.44%,可以为滚磨光整中滚抛磨块的选择提供更有效的决策指导.     

参数字典稀疏表示的完全无监督域适应

无监督域适应(unsupervised domain adaptation,UDA)针对的是源域有标记而目标域无标记的学习问题,其目的是利用从标记大样本源域中所学"知识"来促进无标记小样本目标域的学习性能。但现实中也往往存在样本无标记的源域,形成了所谓的完全无监督域适应。该问题给域适应学习带来了严峻的挑战。受先前提出的软大间隔聚类学习(soft large margin clustering,SLMC)启发,提出了一种参数迁移方法——参数字典稀疏表示的完全无监督的域适应方法(whole UDA,WUDA)。SLMC采用分类学习思想在输出(标记)空间中实现给定数据的聚类,在这种实现原理的启发下,从参数(决策函数的权重矩阵)公共字典的角度,在源域和目标域的权重间进行互适应参数字典学习实现知识迁移,同时引入l_(2,1)范数来约束字典系数矩阵,使得各域权重可从公共字典中自适应地选择,从而实现域适应学习。最后,在相关数据集上的实验显示了WUDA在聚类性能上的显著有效性。     

模型参数自适应迁移的多源域适应

在新领域中,常常存在样本不充分或标记不足的问题。针对此问题,人们提出了域适应,该方法利用相关领域（源域）的知识来提高当前领域（目标域）学习性能。单个源域的知识往往不充分且类别完全相同的多个源域难以满足,同时域之间存在漂移问题。而现有的多源域适应模型难以解决类别不完全一致的问题,因此给多源域适应带来了较大的挑战。为此提出了一种基于模型参数自适应迁移的方法（Adaptive Transfer for ModelParameter,ATMP）,通过对每个源域的模型参数进行私有和公有模型参数字典学习,同时将多个源域中所学的模型参数字典作为目标域的模型参数字典,然后通过对字典系数的行稀疏约束实现源域和目标域模型参数的自适应选择。除此之外,该方法迁移的是模型参数而不是数据本身,因此有效实现了对源域数据的隐私保护。经过一系列实验表明,在相关数据集上的实验显示了本文所提方法在聚类性能上的显著有效性。     

对不平衡目标域的多源在线迁移学习

多源在线迁移学习已经广泛地应用于相关源域中含有大量的标记数据且目标域中数据以数据流的形式达到的应用中.然而,目标域的类别分布有时是不平衡的,针对目标域每次以在线方式到达多个数据的不平衡二分类问题,本文提出了一种可以对目标域样本过采样的多源在线迁移学习算法.该算法从前面批次的样本中寻找当前批次的样本的k近邻,先少量生成多...     

A survey of multi-source domain adaptation

In many machine learning algorithms, a major assumption is that the training and the test samples are in the same feature space and have the same distribution. However, for many real applications this assumption does not hold. In this paper, we survey the problem where the training samples and the test samples are from different distributions. This problem can be referred as domain adaptation. The training samples, always with labels, are obtained from what is called source domains, while the test samples, which usually have no labels or only a few labels, are obtained from what is called target domains. The source domains and the target domains are different but related to some extent; the learners can learn some information from the source domains for the learning of the target domains. We focus on the multi-source domain adaptation problem where there is more than one source domain available together with only one target domain. A key issue is how to select good sources and samples for the adaptation. In this survey, we review some theoretical results and well developed algorithms for the multi-source domain adaptation problem. We also discuss some open problems which can be explored in future work.     

Learning Kernels for Unsupervised Domain Adaptation with Applications to Visual Object Recognition

Domain adaptation aims to correct the mismatch in statistical properties between the source domain on which a classifier is trained and the target domain to which the classifier is to be applied. In this paper, we address the challenging scenario of unsupervised domain adaptation, where the target domain does not provide any annotated data to assist in adapting the classifier. Our strategy is to learn robust features which are resilient to the mismatch across domains and then use them to construct classifiers that will perform well on the target domain. To this end, we propose novel kernel learning approaches to infer such features for adaptation. Concretely, we explore two closely related directions. In the first direction, we propose unsupervised learning of a geodesic flow kernel (GFK). The GFK summarizes the inner products in an infinite sequence of feature subspaces that smoothly interpolates between the source and target domains. In the second direction, we propose supervised learning of a kernel that discriminatively combines multiple base GFKs. Those base kernels model the source and the target domains at fine-grained granularities. In particular, each base kernel pivots on a different set of landmarks—the most useful data instances that reveal the similarity between the source and the target domains, thus bridging them to achieve adaptation. Our approaches are computationally convenient, automatically infer important hyper-parameters, and are capable of learning features and classifiers discriminatively without demanding labeled data from the target domain. In extensive empirical studies on standard benchmark recognition datasets, our appraches yield state-of-the-art results compared to a variety of competing methods.     

基于dropout正则化的半监督域自适应方法

针对机器学习中训练样本和测试样本概率分布不一致的问题,提出了一种基于dropout正则化的半监督域自适应方法来实现将神经网络的特征表示从标签丰富的源域转移到无标签的目标域。此方法从半监督学习的角度出发,在源域数据中添加少量带标签的目标域数据,使得神经网络在学习到源域数据特征分布的同时也能学习到目标域数据的特征分布。由于有了先验知识的指导,即使没有丰富的标签信息,神经网络依然可以很好地拟合目标域数据。实验结果表明,此算法在几种典型的数字数据集SVHN、MNIST和USPS的域自适应任务上的性能优于现有的其他算法,并且在涵盖广泛自然类别的真实数据集CIFAR-10和STL-10的域自适应任务上有较好的鲁棒性。     

基于自监督知识的无监督新集域适应学习

无监督域适应(unsupervised domain adaptation,UDA)旨在利用带大量标注数据的源域帮助无任何标注信息的目标域学习.在UDA中,通常假设源域和目标域间的数据分布不同,但共享相同的类标签空间.但在真实开放学习场景中,域间的标签空间很可能存在差异.在极端情形下,域间的类别不存在交集,即目标域中类...     

Domain-specific feature elimination: multi-source domain adaptation for image classification

Multi-source domain adaptation utilizes multiple source domains to learn the knowledge and transfers it to an unlabeled target domain. To address the problem, most of the existing methods aim to minimize the domain shift by auxiliary distribution alignment objectives, which reduces the effect of domain-specific features. However, without explicitly modeling the domain-specific features, it is not easy to guarantee that the domain-invariant representation extracted from input domains contains domain-specific information as few as possible. In this work, we present a different perspective on MSDA, which employs the idea of feature elimination to reduce the influence of domain-specific features. We design two different ways to extract domain-specific features and total features and construct the domain-invariant representations by eliminating the domain-specific features from total features. The experimental results on different domain adaptation datasets demonstrate the effectiveness of our method and the generalization ability of our model.     

基于分类差异与信息熵对抗的无监督域适应算法

采用对抗训练的方式成为域适应算法的主流,通过域分类器将源域和目标域的特征分布对齐,减小不同域之间的特征分布差异。但是,现有的域适应方法仅将不同域数据之间的距离缩小,而没有考虑目标域数据分布与决策边界之间的关系,这会降低目标域内不同类别的特征的域内可区分性。针对现有方法的缺点,提出一种基于分类差异与信息熵对抗的无监督域适应算法(adversarial training on classification discrepancy and information entropy for unsupervised domain adaptation, ACDIE)。该算法利用两个分类器之间的不一致性对齐域间差异,同时利用最小化信息熵的方式降低不确定性,使目标域特征远离决策边界,提高了不同类别的可区分性。在数字标识数据集和Office-31数据集上的实验结果表明,ACDIE算法可以学习到更优的特征表示,域适应分类准确率有明显提高。     

多核局部领域适应学习

领域适应(或跨领域)学习旨在利用源领域(或辅助领域)中带标签样本来学习一种鲁棒的目标分类器,其关键问题在于如何最大化地减小领域间的分布差异.为了有效解决领域间特征分布的变化问题,提出一种三段式多核局部领域适应学习(multiple kernel local leaning-based domain adaptation,简称MKLDA)方法:1)基于最大均值差(maximum mean discrepancy,简称MMD)度量准则和结构风险最小化模型,同时,学习一个再生多核Hilbert空间和一个初始的支持向量机(support vector machine,简称SVM),对目标领域数据进行初始划分;2)在习得的多核Hilbert空间,对目标领域数据的类别信息进行局部重构学习;3)最后,利用学习获得的类别信息,在目标领域训练学习一个鲁棒的目标分类器.实验结果显示,所提方法具有优化或可比较的领域适应学习性能.     

A kernel learning framework for domain adaptation learning

Domain adaptation learning(DAL) methods have shown promising results by utilizing labeled samples from the source(or auxiliary) domain(s) to learn a robust classifier for the target domain which has a few or even no labeled samples.However,there exist several key issues which need to be addressed in the state-of-theart DAL methods such as sufficient and effective distribution discrepancy metric learning,effective kernel space learning,and multiple source domains transfer learning,etc.Aiming at the mentioned-above issues,in this paper,we propose a unified kernel learning framework for domain adaptation learning and its effective extension based on multiple kernel learning(MKL) schema,regularized by the proposed new minimum distribution distance metric criterion which minimizes both the distribution mean discrepancy and the distribution scatter discrepancy between source and target domains,into which many existing kernel methods(like support vector machine(SVM),v-SVM,and least-square SVM) can be readily incorporated.Our framework,referred to as kernel learning for domain adaptation learning(KLDAL),simultaneously learns an optimal kernel space and a robust classifier by minimizing both the structural risk functional and the distribution discrepancy between different domains.Moreover,we extend the framework KLDAL to multiple kernel learning framework referred to as MKLDAL.Under the KLDAL or MKLDAL framework,we also propose three effective formulations called KLDAL-SVM or MKLDAL-SVM with respect to SVM and its variant μ-KLDALSVM or μ-MKLDALSVM with respect to v-SVM,and KLDAL-LSSVM or MKLDAL-LSSVM with respect to the least-square SVM,respectively.Comprehensive experiments on real-world data sets verify the outperformed or comparable effectiveness of the proposed frameworks.     

面向开放集图像分类的模糊域自适应方法

目前大多的域自适应算法在源域与目标域具有相同类别的场景下,利用标签丰富的源域信息对标签稀少且分布相似的目标域数据进行迁移学习,取得了很多成果。然而,由于现实场景的复杂性和开放性,源域和目标域在类别空间上不尽相同,往往会各自包含一些类别未知且超出现有类别设定的样本。对于这样具有挑战性的开放集场景,传统的域自适应算法将无能为力。为了有效解决上述问题,提出一种面向开放集的模糊域自适应算法。该算法引用了不确定性的模糊化,计算目标域样本的模糊隶属度来学习源域特征到目标域特征空间的线性映射,通过迭代逐步将源域与目标域转化在同一特征空间下。通过对无监督和半监督的图像迁移任务的大量实验,验证了该算法对于开放集场景下图像分类的有效性。