多源域混淆的双流深度迁移学习

目的 针对深度学习严重依赖大样本的问题,提出多源域混淆的双流深度迁移学习方法,提升了传统深度迁移学习中迁移特征的适用性。方法 采用多源域的迁移策略,增大源域对目标域迁移特征的覆盖率。提出两阶段适配学习的方法,获得域不变的深层特征表示和域间分类器相似的识别结果,将自然光图像2维特征和深度图像3维特征进行融合,提高小样本数据特征维度的同时抑制了复杂背景对目标识别的干扰。此外,为改善小样本机器学习中分类器的识别性能,在传统的softmax损失中引入中心损失,增强分类损失函数的惩罚监督能力。结果 在公开的少量手势样本数据集上进行对比实验,结果表明,相对于传统的识别模型和迁移模型,基于本文模型进行识别准确率更高,在以DenseNet-169为预训练网络的模型中,识别率达到了97.17%。结论 利用多源域数据集、两阶段适配学习、双流卷积融合以及复合损失函数,构建了多源域混淆的双流深度迁移学习模型。所提模型可增大源域和目标域的数据分布匹配率、丰富目标样本特征维度、提升损失函数的监督性能,改进任意小样本场景迁移特征的适用性。     

3D卷积自编码器高光谱图像分类模型

目的 高光谱图像分类是遥感领域的基础问题，高光谱图像同时包含丰富的光谱信息和空间信息，传统模型难以充分利用两种信息之间的关联性，而以卷积神经网络为主的有监督深度学习模型需要大量标注数据，但标注数据难度大且成本高。针对现有模型的不足，本文提出了一种无监督范式下的高光谱图像空谱融合方法，建立了3D卷积自编码器（3D convolutional auto-encoder，3D-CAE）高光谱图像分类模型。方法 3D卷积自编码器由编码器、解码器和分类器构成。将高光谱数据预处理后，输入到编码器中进行无监督特征提取，得到一组特征图。编码器的网络结构为3个卷积块构成的3D卷积神经网络，卷积块中加入批归一化技术防止过拟合。解码器为逆向的编码器，将提取到的特征图重构为原始数据，用均方误差函数作为损失函数判断重构误差并使用Adam算法进行参数优化。分类器由3层全连接层组成，用于判别编码器提取到的特征。以3D-CNN （three dimensional convolutional neural network）为自编码器的主干网络可以充分利用高光谱图像的空间信息和光谱信息，做到空谱融合。以端到端的方式对模型进行训练可以省去复杂的特征工程和数据预处理，模型的鲁棒性和稳定性更强。结果 在Indian Pines、Salinas、Pavia University和Botswana等4个数据集上与7种传统单特征方法及深度学习方法进行了比较，本文方法均取得最优结果，总体分类精度分别为0.948 7、0.986 6、0.986 2和0.964 9。对比实验结果表明了空谱融合和无监督学习对于高光谱遥感图像分类的有效性。结论 本文模型充分利用了高光谱图像的光谱特征和空间特征，可以做到无监督特征提取，无需大量标注数据的同时分类精度高，是一种有效的高光谱图像分类方法。     

高光谱图像深度模糊核聚类的洋底锰结核识别

目的 海洋资源调查是海洋科学研究的重要组成部分，对于开发利用海洋资源、保护海洋环境有重要意义。将深海高光谱图像用于调查洋底锰结核资源，相比传统图像方法信息更为全面，识别更为准确。但是高光谱方法中用于有监督分类识别的分类器需要人工标定的标签，这在深海环境中是较为困难的。针对这一局限性，本文提出了一种融合深度网络与模糊核聚类的深度模糊核聚类（deep kernel fuzzy C-means，DKFCM）算法，实现对洋底锰结核高光谱图像的无监督聚类。方法 DKFCM由随机深度卷积网络（Rdnet）及改进的模糊核聚类算法两大模块组成。Rdnet通过降维、随机图块卷积及非线性激活操作的循环，实现对高光谱图像浅层及深层特征的提取，融合这两类特征作为后续聚类识别的输入。改进的模糊核聚类算法先用欧氏距离计算初始聚类中心，再用模糊核聚类的方法以实现海洋资源的准确分类。结果 实验结果表明，DKFCM无监督聚类能有效聚类洋底资源，对锰结核的聚类准确率达到76.59%，相比单用K-means聚类提高了20.99%，相比经Rdnet提取特征后再用K-means聚类提高了13.76%，对比实验表明DKFCM算法在无标签数据的情况下也能达到良好的准确率。结论 本文所提的高光谱深度模糊核聚类方法，实现了深海锰结核的无监督聚类，可以用于海洋资源量的评估。     

糖尿病性视网膜图像的深度学习分类方法

目的 糖尿病性视网膜病变（DR）是目前比较严重的一种致盲眼病,因此,对糖尿病性视网膜病理图像的自动分类具有重要的临床应用价值。基于人工分类视网膜图像的方法存在判别性特征提取困难、分类性能差、耗时费力且很难得到客观统一的医疗诊断等问题,为此,提出一种基于卷积神经网络和分类器的视网膜病理图像自动分类系统。方法 首先,结合现有的视网膜图像的特点,对图像进行去噪、数据扩增、归一化等预处理操作;其次,在AlexNet网络的基础上,在网络的每一个卷积层和全连接层前引入一个批归一化层,得到一个网络层次更复杂的深度卷积神经网络BNnet。BNnet网络用于视网膜图像的特征提取网络,对其训练时采用迁移学习的策略利用ILSVRC2012数据集对BNnet网络进行预训练,再将训练得到的模型迁移到视网膜图像上再学习,提取用于视网膜分类的深度特征;最后,将提取的特征输入一个由全连接层组成的深度分类器将视网膜图像分为正常的视网膜图像、轻微病变的视网膜图像、中度病变的视网膜图像等5类。结果 实验结果表明,本文方法的分类准确率可达0.93,优于传统的直接训练方法,且具有较好的鲁棒性和泛化性。结论 本文提出的视网膜病理图像分类框架有效地避免了人工特征提取和图像分类的局限性,同时也解决了样本数据不足而导致的过拟合问题。     

高光谱图像小样本分类的卷积神经网络方法

目的 与传统分类方法相比,基于深度学习的高光谱图像分类方法能够提取出高光谱图像更深层次的特征。针对现有深度学习的分类方法网络结构简单、特征提取不够充分的问题,提出一种堆叠像元空间变换信息的数据扩充方法,用于解决训练样本不足的问题,并提出一种基于不同尺度的双通道3维卷积神经网络的高光谱图像分类模型,来提取高光谱图像的本质空谱特征。方法 通过对高光谱图像的每一像元及其邻域像元进行旋转、行列变换等操作,丰富中心像元的潜在空间信息,达到数据集扩充的作用。将扩充之后的像素块输入到不同尺度的双通道3维卷积神经网络学习训练集的深层特征,实现更高精度的分类。结果 5次重复实验后取平均的结果表明,在随机选取了10%训练样本并通过8倍数据扩充的情况下,Indian Pines数据集实现了98.34%的总体分类精度,Pavia University数据集总体分类精度达到99.63%,同时对比了不同算法的运行时间,在保证分类精度的前提下,本文算法的运行时间短于对比算法,保证了分类模型的稳定性、高效性。结论 本文提出的基于双通道卷积神经网络的高光谱图像分类模型,既解决了训练样本不足的问题,又综合了高光谱图像的光谱特征和空间特征,提高了高光谱图像的分类精度。     

对抗学习遥感图像场景识别

目的 在高分辨率遥感图像场景识别问题中,经典的监督机器学习算法大多需要充足的标记样本训练模型,而获取遥感图像的标注费时费力。为解决遥感图像场景识别中标记样本缺乏且不同数据集无法共享标记样本问题,提出一种结合对抗学习与变分自动编码机的迁移学习网络。方法 利用变分自动编码机（variational auto-encoders,VAE）在源域数据集上进行训练,分别获得编码器和分类器网络参数,并用源域编码器网络参数初始化目标域编码器。采用对抗学习的思想,引入判别网络,交替训练并更新目标域编码器与判别网络参数,使目标域与源域编码器提取的特征尽量相似,从而实现遥感图像源域到目标域的特征迁移。结果 利用两个遥感场景识别数据集进行实验,验证特征迁移算法的有效性,同时尝试利用SUN397自然场景数据集与遥感场景间的迁移识别,采用相关性对齐以及均衡分布适应两种迁移学习方法作为对比。两组遥感场景数据集间的实验中,相比于仅利用源域样本训练的网络,经过迁移学习后的网络场景识别精度提升约10%,利用少量目标域标记样本后提升更为明显;与对照实验结果相比,利用少量目标域标记样本时提出方法的识别精度提升均在3%之上,仅利用源域标记样本时提出方法场景识别精度提升了10%~40%;利用自然场景数据集时,方法仍能在一定程度上提升场景识别精度。结论 本文提出的对抗迁移学习网络可以在目标域样本缺乏的条件下,充分利用其他数据集中的样本信息,实现不同场景图像数据集间的特征迁移及场景识别,有效提升遥感图像的场景识别精度。     

局部特征融合的小样本分类

目的 小样本学习是一项具有挑战性的任务,旨在利用有限数量的标注样本数据对新的类别数据进行分类。基于度量的元学习方法是当前小样本分类的主流方法,但往往仅使用图像的全局特征,且模型分类效果很大程度上依赖于特征提取网络的性能。为了能够充分利用图像的局部特征以及提高模型的泛化能力,提出一种基于局部特征融合的小样本分类方法。方法 首先,将输入图像进行多尺度网格分块处理后送入特征提取网络以获得局部特征;其次,设计了一个基于Transformer架构的局部特征融合模块来得到包含全局信息的局部增强特征,以提高模型的泛化能力;最后,以欧几里得距离为度量,计算查询集样本特征向量与支持集类原型之间的距离,实现分类。结果 在小样本分类中常用的3个数据集上与当前先进的方法进行比较,在5-way 1-shot和5-way 5-shot的设置下相对次优结果,所提方法在MiniImageNet数据集上的分类精度分别提高了2.96%和2.9%,在CUB（Caltech-UCSD Birds-200-2011）数据集上的分类精度分别提高了3.22%和1.77%,而在TieredImageNet数据集上的分类精度与最优结果相当,实验结果表明了所提方法的有效性。结论 提出的小样本分类方法充分利用了图像的局部特征,同时改善了模型的特征提取能力和泛化能力,使小样本分类结果更为准确。     

跨数据集评估的高光谱图像分类

目的 随着高光谱成像技术的飞速发展,高光谱数据的应用越来越广泛,各场景高光谱图像的应用对高精度详细标注的需求也越来越旺盛。现有高光谱分类模型的发展大多集中于有监督学习,大多数方法都在单个高光谱数据立方中进行训练和评估。由于不同高光谱数据采集场景不同且地物类别不一致,已训练好的模型并不能直接迁移至新的数据集得到可靠标注,这也限制了高光谱图像分类模型的进一步发展。本文提出跨数据集对高光谱分类模型进行训练和评估的模式。方法 受零样本学习的启发,本文引入高光谱类别标签的语义信息,拟通过将不同数据集的原始数据及标签信息分别映射至同一特征空间以建立已知类别和未知类别的关联,再通过将训练数据集的两部分特征映射至统一的嵌入空间学习高光谱图像视觉特征和类别标签语义特征的对应关系,即可将该对应关系应用于测试数据集进行标签推理。结果 实验在一对同传感器采集的数据集上完成,比较分析了语义—视觉特征映射和视觉—语义特征映射方向,对比了5种基于零样本学习的特征映射方法,在高光谱图像分类任务中实现了对分类模型在不同数据集上的训练和评估。结论 实验结果表明,本文提出的基于零样本学习的高光谱分类模型可以实现跨数据集对分类模型进行训练和评估,在高光谱图像分类任务中具有一定的发展潜力。     

深度置信网络在极化SAR图像分类中的应用

目的 深度置信网络能够从数据中自动学习、提取特征,在特征学习方面具有突出优势。极化SAR图像分类中存在海量特征利用率低、特征选取主观性强的问题。为了解决这一问题,提出一种基于深度置信网络的极化SAR图像分类方法。方法 首先进行海量分类特征提取,获得极化类、辐射类、空间类和子孔径类四类特征构成的特征集;然后在特征集基础上选取样本并构建特征矢量,用以输入到深度置信网络模型之中;最后利用深度置信网络的方法对海量分类特征进行逐层学习抽象,获得有效的分类特征进行分类。结果 采用AIRSAR数据进行实验,分类结果精度达到91.06%。通过与经典Wishart监督分类、逻辑回归分类方法对比,表现了深度置信网络方法在特征学习方面的突出优势,验证了方法的适用性。结论 针对极化SAR图像海量特征的选取与利用,提出了一种新的分类方法,为极化SAR图像分类提供了一种新思路,为深度置信网络获得更广泛地应用进行有益的探索和尝试。     

联合分块谱带优选和深度特征的高光谱人脸识别

目的 高光谱人脸数据具有丰富的鉴别信息。最优谱带选择和谱内间特征表示是高光谱人脸识别的关键。基于高光谱波段范围为4001 090 nm和采样间隔为10 nm的高光谱成像人脸数据,本文提出一种分块谱带选择和VGG（Visual Geometry Group）网络的高光谱人脸识别方法。方法 为了优化适合人脸识别的谱带组合,基于人脸关键点,提出分块局部二值模式（local binary pattern,LBP）特征的AdaBoost支持向量机（support vector machine,SVM）谱带选择方法。基于卷积神经网络结构建立一个面向高光谱人脸特点的深度网络（VGG12）,提取谱带内特征。融合不同谱带的深度特征,利用三层堆栈自编码器（stack auto-encoder,SAE）抽取谱间特征。对提取的谱间和谱内特征,采用最近邻分类器完成最后的识别。结果 为了验证提出方法的有效性,在公开的高光谱人脸数据集UWA-HSFD（University of Western Australia hyperspectral face database）和PolyU-HSFD（Hong Kong Polytechnic University hyperspectral face database）上进行对比试验。结果显示,基于分块LBP特征的谱带选择算法优于传统基于整幅图像像素的方法,提出的VGG12网络相比已有深度学习网络,仅保留少量（68个）谱带,在两个数据集上都取得了最高的识别率（96.8%和97.2%）,表明传统可见光人脸深度网络并不适合高光谱人脸识别。结论 实验结果表明,高光谱数据用于人脸识别中,谱带选择与深度学习结合是有效的,本文方法联合有监督深度网络（VGG12）和无监督学习网络（SAE）挖掘谱内和谱间鉴别特征,在降低深度网络训练复杂度的同时取得了较其他深度网络更好的识别性能。     

注意力迁移的联合平衡领域自适应

目的 现有的图像识别方法应用于从同一分布中提取的训练数据和测试数据时具有良好性能,但这些方法在实际场景中并不适用,从而导致识别精度降低。使用领域自适应方法是解决此类问题的有效途径,领域自适应方法旨在解决来自两个领域相关但分布不同的数据问题。方法 通过对数据分布的分析,提出一种基于注意力迁移的联合平衡自适应方法,将源域有标签数据中提取的图像特征迁移至无标签的目标域。首先,使用注意力迁移机制将有标签源域数据的空间类别信息迁移至无标签的目标域。通过定义卷积神经网络的注意力,使用关注信息来提高图像识别精度。其次,基于目标数据集引入网络参数的先验分布,并且赋予网络自动调整每个领域对齐层特征对齐的能力。最后,通过跨域偏差来描述特定领域的特征对齐层的输入分布,定量地表示每层学习到的领域适应性程度。结果 该方法在数据集Office-31上平均识别准确率为77.6%,在数据集Office-Caltech上平均识别准确率为90.7%,不仅大幅领先于传统手工特征方法,而且取得了与目前最优的方法相当的识别性能。结论 注意力迁移的联合平衡领域自适应方法不仅可以获得较高的识别精度,而且能够自动学习领域间特征的对齐程度,同时也验证了进行域间特征迁移可以提高网络优化效果这一结论。     

元迁移学习在少样本跨域图像分类中的研究

目的 现有基于元学习的主流少样本学习方法假设训练任务和测试任务服从相同或相似的分布,然而在分布差异较大的跨域任务上,这些方法面临泛化能力弱、分类精度差等挑战。同时,基于迁移学习的少样本学习方法没有考虑到训练和测试阶段样本类别不一致的情况,在训练阶段未能留下足够的特征嵌入空间。为了提升模型在有限标注样本困境下的跨域图像分类能力,提出简洁的元迁移学习（compressed meta transfer learning,CMTL）方法。方法 基于元学习,对目标域中的支持集使用数据增强策略,构建新的辅助任务微调元训练参数,促使分类模型更加适用于域差异较大的目标任务。基于迁移学习,使用自压缩损失函数训练分类模型,以压缩源域中基类数据所占据的特征嵌入空间,微调阶段引导与源域分布差异较大的新类数据有更合适的特征表示。最后,将以上两种策略的分类预测融合视为最终的分类结果。结果 使用mini-ImageNet作为源域数据集进行训练,分别在EuroSAT(EuropeanSatellite)、ISIC(InternationalSkinImagingCollaboration)、CropDiseas(Cr...     

Domain transfer multiple kernel learning

Cross-domain learning methods have shown promising results by leveraging labeled patterns from the auxiliary domain to learn a robust classifier for the target domain which has only a limited number of labeled samples. To cope with the considerable change between feature distributions of different domains, we propose a new cross-domain kernel learning framework into which many existing kernel methods can be readily incorporated. Our framework, referred to as Domain Transfer Multiple Kernel Learning (DTMKL), simultaneously learns a kernel function and a robust classifier by minimizing both the structural risk functional and the distribution mismatch between the labeled and unlabeled samples from the auxiliary and target domains. Under the DTMKL framework, we also propose two novel methods by using SVM and prelearned classifiers, respectively. Comprehensive experiments on three domain adaptation data sets (i.e., TRECVID, 20 Newsgroups, and email spam data sets) demonstrate that DTMKL-based methods outperform existing cross-domain learning and multiple kernel learning methods.     

跨领域文本情感分类研究进展

作为社会媒体文本情感分析的重要研究课题之一，跨领域文本情感分类旨在利用源领域资源或模型迁移地服务于目标领域的文本情感分类任务，其可以有效缓解目标领域中带标签数据不足问题.本文从三个角度对跨领域文本情感分类方法行了归纳总结：（1）按照目标领域中是否有带标签数据，可分为直推式和归纳式情感迁移方法；（2）按照不同情感适应性策略，可分为实例迁移方法、特征迁移方法、模型迁移方法、基于词典的方法、联合情感主题方法以及图模型方法等；（3）按照可用源领域个数，可分为单源和多源跨领域文本情感分类方法.此外，论文还介绍了深度迁移学习方法及其在跨领域文本情感分类的最新应用成果.最后，论文围绕跨领域文本情感分类面临的关键技术问题，对可能的突破方向进行了展望.     

基于多对多生成对抗网络的非对称跨域迁移行人再识别

无监督跨域迁移学习是行人再识别中一个非常重要的任务. 给定一个有标注的源域和一个没有标注的目标域, 无监督跨域迁移的关键点在于尽可能地把源域的知识迁移到目标域. 然而, 目前的跨域迁移方法忽略了域内各视角分布的差异性, 导致迁移效果不好. 针对这个缺陷, 本文提出了一个基于多视角的非对称跨域迁移学习的新问题. 为了实现这种非对称跨域迁移, 提出了一种基于多对多生成对抗网络(Many-to-many generative adversarial network, M2M-GAN)的迁移方法. 该方法嵌入了指定的源域视角标记和目标域视角标记作为引导信息, 并增加了视角分类器用于鉴别不同的视角分布, 从而使模型能自动针对不同的源域视角和目标域视角组合采取不同的迁移方式. 在行人再识别基准数据集Market1501、DukeMTMC-reID和MSMT17上, 实验验证了本文的方法能有效提升迁移效果, 达到更高的无监督跨域行人再识别准确率.     

基于Wasserstein距离分层注意力模型的跨域情感分类

跨领域情感分类任务旨在利用已知情感标签的源域数据对缺乏标记数据的目标域进行情感倾向性分析.文中提出基于Wasserstein距离的分层注意力模型,结合Attention机制,采用分层模型进行特征提取,将Wasserstein距离作为域差异度量方式,通过对抗式训练自动捕获领域共享特征.进一步构造辅助任务捕获与共享特征共现的领域独有特征,结合两种特征表示完成跨域情感分类任务.在亚马逊评论等数据集上的实验表明,文中模型仅利用领域共享特征就达到较高的正确率,在不同的跨领域对之间具有较好的稳定性.     

Cross-domain question classification in community question answering via kernel mapping

An increasingly popular method for retrieving information is via the community question answering (CQA) systems such as Yahoo! Answers and Baidu Knows. In CQA, question classification plays an important role to find the answers. However, the labeled training examples for statistical question classifier are fairly expensive to obtain, as they require the experienced human efforts. Meanwhile, unlabeled data are readily available. This paper employs the method of domain adaptation via kernel mapping to solve this problem. In detail, the kernel approach is utilized to map the target-domain data and the source-domain data into a common space, where the question classifiers are trained under the closer conditional probabilities. The kernel mapping function is constructed by domain knowledge. Therefore, domain knowledge could be transferred from the labeled examples in the source domain to the unlabeled ones in the targeted domain. The statistical training model can be improved by using a large number of unlabeled data. Meanwhile, the Hadoop Platform is used to construct the mapping mechanism to reduce the time complexity. Map/Reduce enable kernel mapping for domain adaptation in parallel in the Hadoop Platform. Experimental results show that the accuracy of question classification could be improved by the method of kernel mapping. Furthermore, the parallel method in the Hadoop Platform could effective schedule the computing resources to reduce the running time.     

A two-stage framework for cross-domain sentiment classification

Supervised sentiment classification systems are typically domain-specific, and the performance decreases sharply when transferred from one domain to another domain. Building these systems involves annotating a large amount of data for every domain, which needs much human labor. So, a reasonable way is to utilize labeled data in one existed (or called source) domain for sentiment classification in target domain. To address this problem, we propose a two-stage framework for cross-domain sentiment classification. At the “building a bridge” stage, we build a bridge between the source domain and the target domain to get some most confidently labeled documents in the target domain; at the “following the structure” stage, we exploit the intrinsic structure, revealed by these most confidently labeled documents, to label the target-domain data. The experimental results indicate that the proposed approach could improve the performance of cross-domain sentiment classification dramatically.