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。     

Class conditional distribution alignment for domain adaptation

In this paper, we study the problem of domain adaptation, which is a crucial ingredient in transfer learning with two domains, that is, the source domain with labeled data and the target domain with none or few labels. Domain adaptation aims to extract knowledge from the source domain to improve the performance of the learning task in the target domain. A popular approach to handle this problem is via adversarial training, which is explained by the $\mathcal H \Delta \mathcal H$-distance theory. However, traditional adversarial network architectures just align the marginal feature distribution in the feature space. The alignment of class condition distribution is not guaranteed. Therefore, we proposed a novel method based on pseudo labels and the cluster assumption to avoid the incorrect class alignment in the feature space. The experiments demonstrate that our framework improves the accuracy on typical transfer learning tasks.     

加权解耦语义表达的多源领域自适应方法

近年来,深度学习受到越来越多研究者的重视并成功应用于许多领域.虽然深度学习在这些领域获得了巨大的成功,但是数据采集和标注成本高,严重限制了深度学习的推广应用.迁移学习不仅可以打破训练集数据和测试集数据独立同分布的假设,而且可以利用有标签的迁移源数据和没有标签的迁移目标数据训练得到具有良好泛化能力的模型,是扩展深度学习应用场景的重要研究方向.在众多的迁移学习方法中,多源领域自适应方法可以充分利用多个迁移源的信息,具有重要的实际价值.从数据的因果生成机制出发,假设观测数据由语义隐变量和领域隐变量这两组独立的隐变量同时生成.基于上述假设,提出了一种基于多种距离度量框架和加权解耦语义表达的多源领域自适应方法.该方法利用了双重对抗网络来提取解耦的语义信息和领域信息;另一方面,采用了3种不同的语义信息聚合策略获得领域不变的语义表达;最后使用领域不变的语义表达进行图片分类.在多个多源领域自适应数据上的对比及鲁棒性分析实验中,充分地验证了所提出方法的有效性.     

融合动态残差的多源域自适应算法研究

多源域自适应问题通常是指拥有多个源域与单个目标域的场景.常见做法是依据域标签两两对齐源域与目标域分布,通过减小域间距离,将分布映射到共同隐空间内,去预测未知目标域的数据分类.源数据集通常需要域标签,且模型在经过训练阶段后,参数固定,这就很难达到拟合未知目标域分布的目的.基于动态残差块的多源域自适应算法不是从域的角度而是...     

一种基于局部分类精度的多源在线迁移学习算法

近年来,迁移学习得到越来越多的关注.现有的在线迁移学习算法一般从单个源领域迁移知识,然而,当源领域与目标领域相似度较低时,很难进行有效的迁移学习.基于此,提出了一种基于局部分类精度的多源在线迁移学习方法——LC-MSOTL.LC-MSOTL存储多个源领域分类器,计算新到样本与目标领域已有样本之间的距离以及各源领域分类器对其最近邻样本的分类精度,从源领域分类器中挑选局部精度最高的分类器与目标领域分类器加权组合,从而实现多个源领域知识到目标领域的迁移学习.在人工数据集和实际数据集上的实验结果表明,LC-MSOTL能够有效地从多个源领域实现选择性迁移,相对于单源在线迁移学习算法OTL,显示出了更高的分类准确率.     

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...     

稀疏标签传播:一种鲁棒的领域适应学习方法

稀疏表示因其所具有的鲁棒性,在模式分类领域逐渐得到关注.研究了一种基于稀疏保留模型的新颖领域适应学习方法,并提出一种鲁棒的稀疏标签传播领域适应学习(sparse label propagation domain adaptation learning,简称SLPDAL)算法.SLPDAL通过将目标领域数据进行稀疏重构,以实现源领域数据标签向目标领域平滑传播.具体来讲,SLPDAL算法分为3步:首先,基于领域间数据分布均值差最小化准则寻求一个优化的核空间,并将领域数据嵌入到该核空间;然后,在该嵌入核空间,基于l₁-范最小化准则计算各领域数据的核稀疏重构系数;最后,通过保留领域数据间核稀疏重构系数约束,实现源领域数据标签向目标领域的传播.最后,将SLPDAL算法推广到多核学习框架,提出一个SLPDAL多核学习模型.在鲁棒人脸识别、视频概念检测和文本分类等领域适应学习任务上进行比较实验,所提出的方法取得了优于或可比较的学习性能.     

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。     

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...     

Visual domain adaptation via transfer feature learning

One of the serious challenges in computer vision and image classification is learning an accurate classifier for a new unlabeled image dataset, considering that there is no available labeled training data. Transfer learning and domain adaptation are two outstanding solutions that tackle this challenge by employing available datasets, even with significant difference in distribution and properties, and transfer the knowledge from a related domain to the target domain. The main difference between these two solutions is their primary assumption about change in marginal and conditional distributions where transfer learning emphasizes on problems with same marginal distribution and different conditional distribution, and domain adaptation deals with opposite conditions. Most prior works have exploited these two learning strategies separately for domain shift problem where training and test sets are drawn from different distributions. In this paper, we exploit joint transfer learning and domain adaptation to cope with domain shift problem in which the distribution difference is significantly large, particularly vision datasets. We therefore put forward a novel transfer learning and domain adaptation approach, referred to as visual domain adaptation (VDA). Specifically, VDA reduces the joint marginal and conditional distributions across domains in an unsupervised manner where no label is available in test set. Moreover, VDA constructs condensed domain invariant clusters in the embedding representation to separate various classes alongside the domain transfer. In this work, we employ pseudo target labels refinement to iteratively converge to final solution. Employing an iterative procedure along with a novel optimization problem creates a robust and effective representation for adaptation across domains. Extensive experiments on 16 real vision datasets with different difficulties verify that VDA can significantly outperform state-of-the-art methods in image classification problem.     

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。     

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。     

Layer-wise domain correction for unsupervised domain adaptation

Deep neural networks have been successfully applied to numerous machine learning tasks because of their impressive feature abstraction capabilities. However, conventional deep networks assume that the training and test data are sampled from the same distribution, and this assumption is often violated in real-world scenarios. To address the domain shift or data bias problems, we introduce layer-wise domain correction (LDC), a new unsupervised domain adaptation algorithm which adapts an existing deep network through additive correction layers spaced throughout the network. Through the additive layers, the representations of source and target domains can be perfectly aligned. The corrections that are trained via maximum mean discrepancy, adapt to the target domain while increasing the representational capacity of the network. LDC requires no target labels, achieves state-of-the-art performance across several adaptation benchmarks, and requires significantly less training time than existing adaptation methods.     

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.     

领域适应学习算法研究与展望

领域适应学习旨在利用源领域中带标签的样本来解决目标领域的学习问题,其关键在于如何最大化地减小领域间的分布差异,有效解决领域间数据分布的变化。对当前领域适应学习算法进行了归纳和分类,总结了每类算法的特点,分析了5个相关典型算法并比较了其性能。最后指出了领域适应学习值得进一步探索的方向。     

一种异构直推式迁移学习算法

目标领域已有类别标注的数据较少时会影响学习性能,而与之相关的其他源领域中存在一些已标注数据.迁移学习针对这一情况,提出将与目标领域不同但相关的源领域上学习到的知识应用到目标领域.在实际应用中,例如文本-图像、跨语言迁移学习等,源领域和目标领域的特征空间是不相同的,这就是异构迁移学习.关注的重点是利用源领域中已标注的数据来提高目标领域中未标注数据的学习性能,这种情况是异构直推式迁移学习.因为源领域和目标领域的特征空间不同,异构迁移学习的一个关键问题是学习从源领域到目标领域的映射函数.提出采用无监督匹配源领域和目标领域的特征空间的方法来学习映射函数.学到的映射函数可以把源领域中的数据在目标领域中重新表示.这样,重表示之后的已标注源领域数据可以被迁移到目标领域中.因此,可以采用标准的机器学习方法(例如支持向量机方法)来训练分类器,以对目标领域中未标注的数据进行类别预测.给出一个概率解释以说明其对数据中的一些噪声是具有鲁棒性的.同时还推导了一个样本复杂度的边界,也就是寻找映射函数时需要的样本数.在4个实际的数据库上的实验结果,展示了该方法的有效性.     

基于类内最大均值差异的无监督领域自适应算法

传统的无监督领域自适应算法在对齐总体分布时存在分类信息流失问题,难以保证迁移学习效果。针对这个问题,提出了一种基于类内最大均值差异的分布对齐策略。该策略首先预测所有样本的伪标签,然后借助伪标签样本信息依次对齐每个类别的领域类内分布。在深度学习框架下,所提算法能够有效保留分类信息,提高了目标领域的预测能力。实验结果表明,与传统算法比较,所提算法在多个基准数据集上获得了最优的迁移学习效果。     

域自适应学习研究进展

传统的机器学习假设测试样本和训练样本来自同一概率分布. 但当前很多学习场景下训练样本和测试样本可能来自不同的概率分布. 域自 适应学习能够有效地解决训练样本和测试样本概率分布不一致的学习问题,作为 机器学习新出现的研究领域在近几年受到了广泛的关注. 鉴于域自适应学习技术 的重要性,综述了域自适应学习的研究进展. 首先概述了域自适应学习的基本问 题,并总结了近几年出现的重要的域自适应学习方法. 接着介绍了近几年提出的 较为经典的域自适应学习理论和当下域自适应学习的热门研究方向,包括样例加 权域自适应学习、特征表示域自适应学习、参数和特征分解域自适应学习和多 源域自适应学习. 然后对域自适应学习进行了相关的理论分析,讨论了高效的度 量判据,并给出了相应的误差界. 接着对当前域自适应学习在算法、模型结构和 实际应用这三个方面的研究新进展进行了综述. 最后分别探讨了域自适应学习在 特征变换和假设、训练优化、模型和数据表示、NLP 研究中存在的问题这四个方面 的有待进一步解决的问题.     

通过域适应实现人脸识别

当源域和目的域数据分布不同时,大多数机器学习方法的性能会降低。为了解决这一问题,基于域适应的思想,提出了一种新的人脸识别方法。首先计算源域样本的相对权值,删除与目的域样本相差很大的样本,降低两域之间的差异性。然后采用基于正规化的Bregman Divergence获得公共子空间,获得两域之间的共性。最后利用目的域样本目标化源域样本,充分利用目的域的特有信息。在此基础上建立的分类模型能够充分利用两域之间的共性和目的域的特性,实现对目的域的准确分类。为了评估本方法的性能,在多个数据集上测试实验。实验结果证明,该方法的性能与其他几种方法相比均有所提高。     

A semi-supervised domain adaptation assembling approach for image classification

Automatic annotation of images is one of the fundamental problems in computer vision applications. With the increasing amount of freely available images, it is quite possible that the training data used to learn a classifier has different distribution from the data which is used for testing. This results in degradation of the classifier performance and highlights the problem known as domain adaptation. Framework for domain adaptation typically requires a classification model which can utilize several classifiers by combining their results to get the desired accuracy. This work proposes depth-based and iterative depth-based fusion methods which are basically rank-based fusion methods and utilize rank of the predicted labels from different classifiers. Two frameworks are also proposed for domain adaptation. The first framework uses traditional machine learning algorithms, while the other works with metric learning as well as transfer learning algorithm. Motivated from ImageCLEF’s 2014 domain adaptation task, these frameworks with the proposed fusion methods are validated and verified by conducting experiments on the images from five domains having varied distributions. Bing, Caltech, ImageNet, and PASCAL are used as source domains and the target domain is SUN. Twelve object categories are chosen from these domains. The experimental results show the performance improvement not only over the baseline system, but also over the winner of the ImageCLEF’s 2014 domain adaptation challenge.