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。     

领域自适应研究综述

经典机器学习算法假设训练数据和测试数据具有相同的输入特征空间和数据分布,但在很多现实应用中这一假设通常并不成立,导致经典机器学习算法失效。领域自适应是一种新的机器学习策略,其关键技术在于通过学习新的特征表达来对齐源域和目标域的数据分布,使得在有标签源域中训练的模型可以直接迁移到没有标签的目标域上,且不会引起模型性能的明显下降。介绍领域自适应的定义、分类和代表性算法,讨论基于度量学习和基于对抗学习的两类领域自适应算法。在此基础上,分析领域自适应的典型应用和现存挑战,并对其发展趋势及未来研究方向进行展望。     

基于域相关性与流形约束的多源域迁移学习分类算法

传统机器学习要求训练样本和测试样本具有相同分布的假设在实际应用中难以满足,为解决这种问题,迁移学习的研究近年来逐渐兴起。然而,如果源域与目标域的相关性较小,粗暴式地强制性迁移不仅不能促进目标域学习,甚至会降低学习性能,即“负迁移”问题。为此,本文提出了一种基于多重相似性的多源域迁移学习方法。该方法首先从“域-域”和“样本-域”两个层面来更加准确地衡量目标域与多个源域的相关性,然后根据目标域分类器与相关源域分类器对目标域无标记样本具有相似决策值的平滑性流形假设,实现源域知识向目标域迁移的目的。该方法不仅能够从多个不同源域中挖掘更多的知识用于目标域学习,而且能够根据域间相似性有选择地进行迁移,可以有效地避免“负迁移”问题。在公共数据集上的实验结果表明所提出的迁移学习方法具有更好的性能。     

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...     

基于深度学习的医学图像分析域自适应研究

深度学习技术的广泛应用有力推动了医学图像分析领域的发展,然而大多数深度学习方法通常假设训练集和测试集是独立同分布的,这个假设在模型临床部署时很难保证实现,因此常出现模型性能下降、场景泛化能力不强的困境。基于深度学习的域自适应技术是提升模型迁移能力的主流方法,其目的是使在一个数据集上训练的模型,能够在另一个没有或只有少量标签的数据集上也获得较好结果。由于医学图像存在着样本获取和标注困难、图像性质特殊、模态差异等情况,这给域自适应技术带来很多现实挑战。首先将介绍域自适应的定义及面临的主要挑战,进而从技术角度分类总结了近年来的相关算法,并对比分析其优缺点;然后详细介绍了域自适应常用的医学图像数据集以及相关算法结果情况;最后,从发展瓶颈、技术手段、交叉领域等方面,展望了面向医学图像分析的域自适应的未来研究方向。     

基于特征联合概率分布和实例的迁移学习算法*

针对在单一匹配边缘概率分布以缩减源域和目标域的差异性时存在的泛化能力差的问题,提出联合边缘概率分布和条件概率分布减小域间差异性的基于特征和实例的迁移学习算法.通过核主成分分析在子空间中寻找样本新的特征表示,在该子空间中利用最小化最大均值差异,联合匹配边缘概率分布和条件概率分布以减小源域和目标域间的差异性.同时利用L_2,1范数约束选择源域中相关实例进行训练,进一步提高迁移学习获得的模型泛化性能.在字符集和对象识别数据集上的实验表明文中算法的有效性.     

基于渐进多源域迁移的无监督跨域目标检测

针对目标检测任务中获取人工标注训练样本的困难, 提出一种在像素级与特征级渐进完成域自适应的无监督跨域目标检测方法. 现有的像素级域自适应方法中, 存在翻译图像风格单一、内容结构不一致的问题. 因此, 将输入图像分解为域不变的内容空间及域特有的属性空间, 综合不同空间表示进行多样性的图像翻译, 同时保留图像的空间语义结构以实现标注信息的迁移. 此外, 对特征级域自适应而言, 为缓解单源域引起的源域偏向问题, 将得到的带有标注的多样性翻译图像作为多源域训练集, 设计基于多领域的对抗判别模块, 从而获取多个领域不变的特征表示. 最后, 采用自训练方案迭代生成目标域训练集伪标签, 以进一步提升模型在目标域上的检测效果. 在Cityscapes & Foggy Cityscapes与VOC07 & Clipart1k数据集上的实验结果表明, 相比现有的无监督跨域检测算法, 该检测框架具更优越的迁移检测性能.     

基于域内域间语义一致性约束的域自适应目标检测方法

在目标检测任务中,当训练集和测试集来自不同应用场景时,通常存在检测性能下降问题,这源于不同场景的数据间存在域偏移（domain shift）.收集不同场景的数据费时费力,且会增加模型部署成本,降低模型使用效率.针对这一问题,本文从强化特征的语义一致性以获得更好的域无关特征的思路出发,提出基于域内域间语义一致性约束的域自适应目标检测方法 .首先,本文考虑了特征解耦过程中的特征域内一致性,提出了一种基于正交分离特征的正交关系一致性约束,该约束能够保留解耦前后特征中的语义信息,以此强化域内特征一致性,从而提升模型识别的准确率.进一步地,本文考虑了在不同域间解耦后特征的域间一致性,引入了基于伪标签的对比学习机制,将来自不同域间的实例级特征进行对齐,以此保证域间特征一致性来提升模型的跨域性能.为验证本文所提出的方法,在本领域常用的数据集Cityscapes-FoggyCityscapes上进行了测试,相对于基线方法本文所提出的方法取得了3.1%的平均准确率（mAP）提升,其中在部分特定子类上提升达到6%;相比较最新方法也有约1%的平均准确率提升.本文还在KITTI-Cityscapes和Sim1...     

迁移学习研究进展

近年来,迁移学习已经引起了广泛的关注和研究.迁移学习是运用已存有的知识对不同但相关领域问题进行求解的一种新的机器学习方法.它放宽了传统机器学习中的两个基本假设:(1)用于学习的训练样本与新的测试样本满足独立同分布的条件;(2)必须有足够可利用的训练样本才能学习得到一个好的分类模型.目的是迁移已有的知识来解决目标领域中仅有少量有标签样本数据甚至没有的学习问题.对迁移学习算法的研究以及相关理论研究的进展进行了综述,并介绍了在该领域所做的研究工作,特别是利用生成模型在概念层面建立迁移学习模型.最后介绍了迁移学习在文本分类、协同过滤等方面的应用工作,并指出了迁移学习下一步可能的研究方向.     

深度域适应综述: 一般情况与复杂情况

信息时代产生的大量数据使机器学习技术成功地应用于许多领域. 大多数机器学习技术需要满足训练集与测试集独立同分布的假设, 但在实际应用中这个假设很难满足. 域适应是一种在训练集和测试集不满足独立同分布条件下的机器学习技术. 一般情况下的域适应只适用于源域目标域特征空间与标签空间都相同的情况, 然而实际上这个条件很难满足. 为了增强域适应技术的适用性, 复杂情况下的域适应逐渐成为研究热点, 其中标签空间不一致和复杂目标域情况下的域适应技术是近年来的新兴方向. 随着深度学习技术的崛起, 深度域适应已经成为域适应研究领域中的主流方法. 本文对一般情况与复杂情况下的深度域适应的研究进展进行综述, 对其缺点进行总结, 并对其未来的发展趋势进行预测. 首先对迁移学习相关概念进行介绍, 然后分别对一般情况与复杂情况下的域适应、域适应技术的应用以及域适应方法性能的实验结果进行综述, 最后对域适应领域的未来发展趋势进行展望并对全文内容进行总结.     

用于失配隐写分析的对抗子领域自适应网络

当训练集数据和测试集数据来自不同的载体源时,即在载体源失配的条件下,通常会使一个表现优异的隐写分析器检测准确率下降。在实际应用中,隐写分析人员往往需要处理从互联网上采集的图像。然而,与训练集数据相比,这些可疑图像很可能具有完全不同的捕获和处理历史,导致隐写分析模型可能出现不同程度的检测性能下降,这也是隐写分析工具在现实应用中很难成功部署的原因。为了提高基于深度学习的隐写分析方法的实际应用价值,对测试样本信息加以利用,使用领域自适应方法来解决载体源失配问题,将训练集数据作为源领域,将测试集数据作为目标领域,通过最小化源领域与目标领域之间的特征分布差异来提高隐写分析器在目标领域的检测性能,提出了一种对抗子领域自适应网络（ASAN,adversarial subdomain adaptation network）。一方面从生成特征的角度出发,要求隐写分析模型生成的源领域特征和目标领域特征尽可能相似,使判别器分辨不出特征来自哪一个领域;另一方面从减小域间特征分布差异的角度出发,采用子领域自适应方法来减少相关子领域分布的非期望变化,有效地扩大了载体与载密样本之间的距离,有利于分类精度的提高。通过在多个数据集上对3种隐写算法进行检测,证实了所提方法可以有效地提升模型在数据集失配和算法失配时的检测准确率,减少了失配问题带给模型的负面影响。     

小样本学习下的特征中心对齐域适应算法

域适应是一种在训练集和测试集不满足独立同分布条件时使用的迁移学习算法.当两个领域间的分布差异较大时,会降低域内可迁移性,并且现有域适应算法需要获取大量的目标域数据,这在一些实际应用中无法实现.针对现有域适应方法的不足,基于卷积神经网络提出小样本学习下的基于特征中心对齐的域适应算法,寻找域不变特征的同时,提高目标域特征的可区分度,提高分类效果.面向小样本条件下的office-31公共数据集识别和雷达工作模式识别的仿真实验结果表明,所提方法对office-31数据集的平均识别精度比最大均值差异方法提升12.9%,而对雷达工作模式识别精度达到91%,比最大均值差异方法性能提升10%.     

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.     

带有双判别器的对抗性领域适应图像分类算法

生成对抗网络的出现将对抗学习的思想引入了机器学习的不同知识体系,带来了全新的发展。对抗性的领域适应算法利用一个共享特征提取器提取域不变表征,一个判别器进行辨别,双方通过对抗性的迭代更新方式达到最优解。在数据来源上,生成对抗网络和领域适应都有极其类似的2个域。在目标函数上,两者都试图追寻一致性。从理论和逻辑结构出发分析两者的内在相似性,尝试利用已成熟的生成对抗网络体系从更深层次进一步提升领域适应性能。通过类比,提出使用2个判别器解决已有对抗性领域适应算法中存在的“模式崩溃”问题,并使用伪标签进行结构上的完善。最后,在标准领域适应任务上的实验表明了本文算法的可行性和有效性。     

多层校正的无监督领域自适应方法

目的 目前深度神经网络已成功应用于众多机器学习任务,并展现出惊人的性能提升效果。然而传统的深度网络和机器学习算法都假定训练数据和测试数据服从的是同一分布,而这种假设在实际应用中往往是不成立的。如果训练数据和测试数据的分布差异很大,那么由传统机器学习算法训练出来的分类器的性能将会大大降低。为了解决此类问题,提出了一种基于多层校正的无监督领域自适应方法。方法 首先利用多层校正来调整现有的深度网络,利用加法叠加来完美对齐源域和目标域的数据表示;然后采用多层权值最大均值差异来适应目标域,增加网络的表示能力;最后提取学习获得的域不变特征来进行分类,得到目标图像的识别效果。结果 本文算法在Office-31图像数据集等4个数字数据集上分别进行了测试实验,以对比不同算法在图像识别和分类方面的性能差异,并进行准确度测量。测试结果显示,与同领域算法相比,本文算法在准确率上至少提高了5%,在应对照明变化、复杂背景和图像质量不佳等干扰情况时,亦能获得较好的分类效果,体现出更强的鲁棒性。结论 在领域自适应相关数据集上的实验结果表明,本文方法具备一定的泛化能力,可以实现较高的分类性能,并且优于其他现有的无监督领域自适应方法。     

一种基于局部加权均值的领域适应学习框架

最大均值差异(Maximum mean discrepancy, MMD)作为一种能有效度量源域和目标域分布差异的标准已被成功运用.然而, MMD作为一种全局度量方法一定程度上反映的是区域之间全局分布和全局结构上的差异.为此, 本文通过引入局部加权均值的方法和理论到MMD中, 提出一种具有局部保持能力的投影最大局部加权均值差异(Projected maximum local weighted mean discrepancy, PMLWD)度量,%从而一定程度上使得PMLWD更能有效度量源域和目标域中局部分块之间的分布和结构上的差异,结合传统的学习理论提出基于局部加权均值的领域适应学习框架(Local weighted mean based domain adaptation learning framework, LDAF), 在LDAF框架下, 衍生出两种领域适应学习方法: LDAF_MLC和 LDAF_SVM.最后,通过测试人工数据集、高维文本数据集和人脸数据集来表明LDAF比其他领域适应学习方法更具优势.     

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。