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。     

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...     

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。     

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...     

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...     

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。     

结合源域差异性与目标域不确定性的深度迁移主动学习方法

针对训练深度模型时样本标注成本较大的问题,文中提出结合源域差异性与目标域不确定性的深度迁移主动学习方法.以源任务网络模型作为目标任务初始模型,在主动学习迭代中结合源域差异性和目标域不确定性挑选对模型最具有贡献的目标域样本进行标注,根据学习阶段动态调整两种评价指标的权重.定义信息榨取比概念,提出基于信息榨取比的主动学习批次训练策略及T&N训练策略.两个跨数据集迁移实验表明,文中方法在取得良好性能的同时可有效降低标注成本,提出的主动学习训练策略可优化计算资源在主动学习过程中的分配,即让方法在初始学习阶段对样本学习更多次数,在终末学习阶段对样本学习较少次数.     

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。     

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.     

基于深度学习的域适应方法综述

域适应主要应对跨不同数据分布的相似任务决策问题。作为机器学习领域的一个新兴分支,域适应受到了众多的研究和关注。随着近年深度学习的兴起,深度学习和域适应相结合的深度域适应研究得到了更多的关注。尽管已有各种深度域适应方法被提出,却鲜有系统的综述工作发表。为此,本文重点对现有的深度域适应方法进行全面回顾、分析和总结,为相关研究人员提供借鉴和参考。本文主要贡献包括以下方面：首先,对域适应的背景、概念和应用领域进行概括总结。其次,根据模型是否涉及对抗训练机制,将现有深度域适应划分为深度对抗域适应和深度非对抗域适应两大类方法,并逐类回顾和分析。然后,对常用的实验基准数据集进行归类和总结。最后,对现有深度域适应工作存在的问题和不足进行了归纳分析,并讨论了将来的可行研究方向。     

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。     

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.     

部分域适应研究综述

域适应通过将源域知识迁移到任务相似的目标域,旨在辅助后者更好地学习.当目标域的数据标签集为源域标签的子集时,该类场景的域适应称为部分或偏域适应(partial domain adaption, PDA).相比一般的域适应,尽管PDA更具普遍性,但也更具挑战性,相关研究较少,尤其缺少系统的综述.为此,旨在弥补这一欠缺,对现有PDA方法进行全面回顾、分析和总结,为相关社区提供主题研究概貌和参考.首先针对PDA背景、概念和应用领域进行概况总结.其次,根据方法的建模特点, PDA被划分为促进正迁移和抑制负迁移两大类,进而分别作出回顾和分析.然后,对常用的实验基准数据集进行归类和总结.最后,对现有PDA工作存在的问题进行了分析,并提出了其未来可能的发展方向.     

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%.     

基于ResNet和领域自适应的轴承故障诊断研究

轴承故障诊断在实际工业场景中意义重大。基于信号处理方法和机器学习方法,往往非常依赖先验知识,难以保证特征提取的有效性,深度学习方法要求训练集和测试集满足同一分布,这在工业现场难以满足,使得模型性能大幅下降。提出一种基于多层领域自适应的故障诊断方法,能够实现多种类、多尺寸的轴承故障诊断。首先,采用预训练好的ResNet18(Residual Network)作为特征提取器,并对每个残差块提取的特征计算MK-MMD(Multiple Kernel-Maximum Mean Discrepancy)距离,通过同时匹配高层和低层特征以有效匹配边缘分布差异。其次,每个残差块提取的特征都进入与之匹配的分类器中,通过Softmax层计算的预测概率分布,并转化为伪标签,缩小条件分布差异。最后,引入Adam优化器,对整体模型参数进行优化,加快模型训练,提高模型收敛速度。实验结果表明,所提出的方法能够有效提取可迁移特征,在负载变化的场景下达到了较高的诊断精度,并具有一定的泛化能力。     

基于Active Learning的中文分词领域自适应

在新闻领域标注语料上训练的中文分词系统在跨领域时性能会有明显下降。针对目标领域的大规模标注语料难以获取的问题,该文提出Active learning算法与n-gram统计特征相结合的领域自适应方法。该方法通过对目标领域文本与已有标注语料的差异进行统计分析,选择含有最多未标记过的语言现象的小规模语料优先进行人工标注,然后再结合大规模文本中的n-gram统计特征训练目标领域的分词系统。该文采用了CRF训练模型,并在100万句的科技文献领域上,验证了所提方法的有效性,评测数据为人工标注的300句科技文献语料。实验结果显示,在科技文献测试语料上,基于Active Learning训练的分词系统在各项评测指标上均有提高。
     

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.