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.     

基于最优输运的迁移学习

迁移学习的目的是将源领域学习的信息迁移至目标领域.针对目标领域为源领域的子流形的情形,文中提出迁移学习算法(Optlearn).算法为源领域求取一组权重,期望带权的源领域和目标领域尽可能相似.采用最优输运理论,减小带权源领域和目标领域间的差异.在最优输运理论上,改进对偶Sinkhorn散度,适用于子流形情形,同时提出快速计算算法.通过人群计数任务测试文中算法,在避免对每个固定摄像头进行标注的巨大开销的同时,Optlearn获得较好的计数性能.     

基于自适应权重的多源部分域适应

作为机器学习的一个新兴领域,多源部分域适应(MSPDA)问题由于其源域自身的复杂性、领域之间的差异性以及目标域自身的无监督性,给相关研究带来了挑战,以致目前鲜有相关工作被提出.在该场景下,多个源域中的无关类样本在域适应过程中会造成较大的累积误差和负迁移.此外,现有多源域适应方法大多未考虑不同源域对目标域任务的贡献度不同.因此,提出基于自适应权重的多源部分域适应方法(AW-MSPDA).首先,构建了多样性特征提取器以有效利用源域的先验知识;同时,设计了多层次分布对齐策略从不同层面消除了分布差异,促进了正迁移;此外,为量化不同源域贡献度以及过滤源域无关类样本,利用相似性度量以及伪标签加权方式构建自适应权重;最后,通过大量实验验证了所提出AW-MSPDA算法的泛化性以及优越性.     

TL-SVM:一种迁移学习算法

迁移学习旨在利用大量已标签源域数据解决相关但不相同的目标域问题.当与某领域相关的新领域出现时,若重新标注新领域,则样本代价昂贵,丢弃所有旧领域数据又十分浪费.对此,基于SVM算法提出一种新颖的迁移学习算法—–TL-SVM,通过使用目标域少量已标签数据和大量相关领域的旧数据来为目标域构建一个高质量的分类模型,该方法既继承了基于经验风险最小化最大间隔SVM的优点,又弥补了传统SVM不能进行知识迁移的缺陷.实验结果验证了该算法的有效性.     

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.     

TL-SVM:一种迁移学习新算法

迁移学习旨在利用大量已标签源域数据解决相关但不相同的目标域问题. 当与某领域相关的新领域出现时, 若重新标注新领域, 则样本代价昂贵, 丢弃所有旧领域数据又十分浪费. 对此, 基于SVM算法提出一种新颖的迁移学习算法—–TL-SVM, 通过使用目标域少量已标签数据和大量相关领域的旧数据来为目标域构建一个高质量的分类模型, 该方法既继承了基于经验风险最小化最大间隔SVM的优点, 又弥补了传统SVM不能进行知识迁移的缺陷. 实验结果验证了该算法的有效性.     

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。     

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。     

结合集成学习与迁移学习的标签比例学习方法

标签比例学习（LLP）是一种将实例放入包中的机器学习方法,它只提供包中的实例信息和标签比例信息,而不提供标签信息。针对多个相关任务的LLP问题,提出了一种基于迁移学习的标签比例集成学习模型,简称AT-LLP,该模型通过在任务之间构建共享参数来连接相关任务,将源任务中学习到的知识迁移到目标任务中,从而提高目标任务的学习效率。同时该算法引入了集成学习算法,在分类器多轮迭代的学习过程中,不断调整训练集的权重系数,进一步将弱分类器训练为强分类器。实验表明,所提AT-LLP模型比现有LLP方法具有更好的性能。     

基于变权重迁移学习的BN参数学习算法

针对小数据集条件下的贝叶斯网络(Bayesian network,BN)参数估计困难问题,提出了一种基于变权重迁移学习(DWTL)的BN参数学习算法。首先,利用MAP和MLE方法学习得到目标域初始参数和各源域参数;然后根据不同源域数据样本贡献的不同计算源权重因子;接着基于目标域样本统计量与小数据集样本阈值的关系设计了目标域初始参数和源域参数的平衡系数;最后,基于上述参数、源权重因子和平衡系数计算得到新的目标参数。在实验研究中,通过对经典BN模型的参数学习问题验证了DWTL算法的有效性;针对小数据集下的轴承故障诊断问题,相较于传统迁移学习(LP)算法,DWTL算法学习精度提高了10%。实验结果表明:所提出的算法能够较好地解决样本数据集在相对稀缺条件下的目标参数建模问题。     

目标不同视角下观察信息的迁移和再利用

基于视觉信息的目标检测和识别模型在训练时往往依赖于来自于训练样本的视角信息,然而附带了视角信息的训练样本通常只有很少的数据库可以提供。当此类信息缺失时,传统的通用目标检测系统通常通过一些非监督学习方法来对样本的视角信息进行粗略估计。本文改进并引入了一种选择性迁移学习方法即TransferBoost方法来解决目标视角信息缺失的问题。本文TransferBoost方法基于GentleBoost框架实现,该方法通过重新利用其它类别样本中的先验信息来提升当前类别样本的学习质量。当给定一个标定完善的样本集作为源数据库时,TransferBoost通过同时调整每个样本的权值和每个源任务的权值实现样本级和任务级的两级知识迁移。这种双层迁移学习更有效地从混合了相关源数据和不相关源数据的数据集中提取了有用的信息。实验结果表明,和直接使用传统的机器学习方法相比较,迁移学习方法所需要的训练样本数大大减少,从而降低了目标检测与识别系统的训练代价,扩展了现有系统的应用范围。     

Unsupervised New-set Domain Adaptation with Self-supervised Knowledge

Unsupervised Domain Adaptation (UDA) aims to use the source domain with large amounts of labeled data to help the learning of the target domain without any label information. In UDA, the source and target domains are usually assumed to have different data distributions but share the same class label space. Nevertheless, in real-world open learning scenarios, label spaces are highly likely to be different across domains. In extreme cases, the domains share no common classes, i.e., all classes in the target domain are new classes. In such a case, direct transferring the class-discriminative knowledge from the source domain may impair the performance in the target domain and lead to negative transfer. For this reason, this paper proposes unsupervised new-set domain adaptation with self-supervised knowledge (SUNDA) to transfer the sample contrastive knowledge from the source domain, and use self-supervised knowledge from the target domain to guide the knowledge transfer. Specifically, the initial features of the source and target domains are learned by self-supervised learning, and some network parameters are frozen to preserve target domain information. Sample contrastive knowledge from the source domain is then transferred to the target domain to assist the learning of class-discriminative features in the target domain. Moreover, graph-based self-supervised classification loss is adopted to handle the problem of target domain classification with no inter-domain common classes. SUNDA is evaluated on tasks of cross-domain transfer for handwritten digits without any common class and cross-race transfer for face data without any common class. The experiments show that SUNDA outperforms UDA, unsupervised clustering, and new class discovery methods in learning performance.     

基于压缩编码的迁移学习算法研究

在生产实际中,一个新的任务通常和已有任务存在一定的联系。迁移学习方法可以将已有数据集中的有用信息,迁移到新的任务,以减少重新建模过程中大量的时间和费用消耗。然而,由于任务之间的分布差异,在异构环境下如何避免负面迁移问题,仍未得到有效的解决。除了要衡量数据间的相似性,还需要衡量实例间的相关性,而大多数传统方法仅在一个层面进行操作。提出了基于压缩编码的迁移学习方法（TLCC）,建立了两个层面的算法模型,具体来说,在数据层面,数据间的相似性可以表示为超平面分类器的编码长度,而在实例层面,通过进一步挑选出有价值的实例进行迁移,提升算法性能,避免负面迁移的发生。实验结果表明,提出的算法相比其他算法具有明显的优势,在噪声环境下也有较高的准确度。     

迁移近邻传播聚类算法

在目标域可利用数据匮乏的场景下,传统聚类算法的性能往往会下降.在该场景下,通过抽取源域中的有用知识用于指导目标域学习以得到更为合适的类别信息和聚类性能,是一种有效的学习策略.借此提出一种基于近邻传播的迁移聚类（transfer affinity propagation,简称TAP）算法,在源域和目标域数据分布相似的情况下,通过引入迁移学习机制来改善近邻传播聚类（affinity propagation,简称AP）算法在数据匮乏场景下的聚类性能.为保证迁移的有效性,TAP在综合考虑源域和目标域的统计特性及几何特征的基础上改进AP算法中的消息传递机制使其具备迁移能力,从而达到辅助目标域学习的目的.此外,通过TAP对应的因子图,亦可说明TAP可以以类似AP的消息传递机制,在目标域数据匮乏的情况下进行高效的知识迁移,为最终所获得的聚类结果提供了保证.在模拟数据集和真实数据集上的仿真实验结果显示,所提出的算法较之经典AP算法在处理非充分数据聚类任务时具有更佳的性能.     

Multitask Learning

Multitask Learning is an approach to inductive transfer that improves generalization by using the domain information contained in the training signals of related tasks as an inductive bias. It does this by learning tasks in parallel while using a shared representation; what is learned for each task can help other tasks be learned better. This paper reviews prior work on MTL, presents new evidence that MTL in backprop nets discovers task relatedness without the need of supervisory signals, and presents new results for MTL with k-nearest neighbor and kernel regression. In this paper we demonstrate multitask learning in three domains. We explain how multitask learning works, and show that there are many opportunities for multitask learning in real domains. We present an algorithm and results for multitask learning with case-based methods like k-nearest neighbor and kernel regression, and sketch an algorithm for multitask learning in decision trees. Because multitask learning works, can be applied to many different kinds of domains, and can be used with different learning algorithms, we conjecture there will be many opportunities for its use on real-world problems.     

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.     

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.     

Query by diverse committee in transfer active learning

Transfer active learning, which is an emerging learning paradigm, aims to actively select informative instances with the aid of transferred knowledge from related tasks. Recently, several studies have addressed this problem. However, how to handle the distributional differences between the source and target domains remains an open problem. In this paper, a novel transfer active learning algorithm is proposed, inspired by the classical query by committee algorithm. Diverse committee members from both domains are maintained to improve the classification accuracy and a mechanism is included to evaluate each member during the iterations. Extensive experiments on both synthetic and real datasets show that our algorithm performs better and is also more robust than the state-of-the-art methods.