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.     

基于集成一致性的多源跨领域情感分类模型

现有的跨领域情感分类方法大多只利用了单个源领域到目标域的迁移特征,没有充分考虑目标域实例与不同源域之间的联系。针对此问题,本文提出一种无监督的多源跨领域情感分类模型。首先利用单个源域到目标域的迁移特征训练基分类器,并对不同的基分类器加权;然后将不同基分类器对目标域实例预测的集成一致性作为目标函数,优化该目标函数,得到不同基分类器的权重;最后利用加权后的基分类器得到目标域的情感分类结果。该模型在Amazon数据集上进行了多源域情感迁移实验,取得了较好的实验结果,相对其他基线模型,在4组实验中平均提升了0.75%。     

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.     

安全迁移支持向量机

迁移学习方法是一种新的机器学习框架,它将源领域数据通过学习迁移到相似的目标领域中,减弱了对已标记数据的依赖。但迁移学习方法中一个重大问题是使用目标领域数据与源领域数据得到的分类器很可能比仅利用目标领域数据得到的分类器的效果更差,从而造成一种“负迁移”现象。针对此问题,提出一种基于目标领域已标记数据知识的安全控制机制,并通过结合近年出现的一种迁移学习分类器(TL-SVM)提出了一种安全迁移支持向量机(SATL-SVM),从理论上解决了TL-SVM的负迁移问题,在人工数据集和真实数据集上的实验结果表明了所提方法的有效性。     

一种基于特征重要度的文本分类特征加权方法

针对文本分类中的特征加权问题,提出了一种基于特征重要度的特征加权方法.该方法基于实数粗糙集理论,通过定义特征重要度,将特征对分类的决策信息引入到特征权重中.然后,在标准文本数据集Reuters-21578 Top10和WebKB上进行了实验.结果表明,该方法能改善样本空间的分布状态,使同类样本更加紧凑,异类样本更加松散,从而简化从样本到类别的映射关系.最后,使用Nave Bayes,kNN和SVM分类器在上述数据集上对该方法进行了实验.结果表明,该方法能提高分类的准确率、召回率和F1值.     

用于迁移学习的多尺度领域对抗网络

深度学习算法的有效性依赖于大量的带有标签的数据,迁移学习的目的是利用已知标签的数据集（源域）来对未知标签的数据集（目标域）进行分类,因此深度迁移学习的研究成为了热门。针对训练数据标签不足的问题,提出了一种基于多尺度特征融合的领域对抗网络（Multi-scale domain adversarial network, MSDAN）模型,该方法利用生成对抗网络以及多尺度特征融合的思想,得到了源域数据和目标域数据在高维特征空间中的特征表示,该特征表示提取到了源域数据和目标域数据的公共几何特征和公共语义特征。将源域数据的特征表示和源域标签输入到分类器中进行分类,最终在目标域数据集的测试上得到了较为先进的效果。     

基于语义结构的迁移学习文本特征对齐算法

特征对齐在源域和目标域空间不一致时会导致负迁移现象。为此,提出一种基于GloVe和WordNet模型的迁移学习文本特征对齐算法。根据数据样本词性和类别对分类任务进行特征筛选,选择源域和目标域的领域共有词作为枢纽词,使用GloVe模型对齐源域和目标域中最相似的非枢纽特征。在此基础上,根据源域和目标域的非共有特征,通过WordNet模型对领域独立特征完成强语义对齐,同时利用含有枢纽特征的对齐三元组表示对齐特征。实验结果表明,该算法可有效降低特征维度,扩充特征空间,提高跨领域文本分类精度。     

基于边际Fisher准则和迁移学习的小样本集分类器设计算法

如何利用大量已有的同构标记数据（源域）设计小样本训练数据（目标域）的分类器是一个具有很强应用意义的研究问题. 由于不同域的数据特征分布有差异,直接使用源域数据对目标域样本进行分类的效果并不理想. 针对上述问题,本文提出了一种基于迁移学习的分类器设计算法. 首先,本文利用内积度量的边际Fisher准则对源域进行特征映射,提高源域中类内紧凑性和类间区分性. 其次,为了筛选合理的训练样本对,本文提出一种去除边界奇异点的算法来选择源域密集区域样本点,与目标域中的标记样本点组成训练样本对. 在核化空间上,本文学习了目标域特征到源域特征的非线性转换,将目标域映射到源域. 最后,利用邻近算法（k-nearest neighbor,kNN）分类器对映射后的目标域样本进行分类. 本文不仅改进了边际Fisher准则方法,并且将基于自适应样本对 筛选的迁移学习应用到小样本数据的分类器设计中,提高域间适应性. 在通用数据集上的实验结果表明,本文提出的方法能够有效提高小样本训练域的分类器性能.     

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。     

基于类别分布特征的快速文本分类方法

中心和边界是类别分布的重要特征.利用训练样本类别分布特征,提出了一种基于类别分布特征的快速文本分类算法.依据类别分布特征调整文本与类别的相似度,克服了数据集类别间样本分布不均衡和类别中样本密度不均的缺点,提高分类的性能.实验结果表明,该算法提高了文本分类的效果,显示出了较好的鲁棒性,并显著提高了文本分类效率.     

基于多尺度特征多对抗网络的雾天图像识别

目的 当前的大型数据集,例如ImageNet,以及一些主流的网络模型,如ResNet等能直接高效地应用于正常场景的分类,但在雾天场景下则会出现较大的精度损失。雾天场景复杂多样,大量标注雾天数据成本过高,在现有条件下,高效地利用大量已有场景的标注数据和网络模型完成雾天场景下的分类识别任务至关重要。方法 本文使用了一种低成本的数据增强方法,有效减小图像在像素域上的差异。基于特征多样性和特征对抗的思想,提出多尺度特征多对抗网络,通过提取数据的多尺度特征,增强特征在特征域分布的代表性,利用对抗机制,在多个特征上减少特征域上的分布差异。通过缩小像素域和特征域分布差异,进一步减小领域偏移,提升雾天场景的分类识别精度。结果 在真实的多样性雾天场景数据上,通过消融实验,使用像素域数据增强方法后,带有标签的清晰图像数据在风格上更趋向于带雾图像,总的分类精度提升了8.2%,相比其他的数据增强方法,至少提升了6.3%,同时在特征域上使用多尺度特征多对抗网络,相比其他的网络,准确率至少提升了8.0%。结论 像素域数据增强以及多尺度特征多对抗网络结合的雾天图像识别方法,综合考虑了像素域和特征域的领域分布差异,结合了多尺度的丰富特征信息,同时使用多对抗来缩小雾天数据的领域偏移,在真实多样性雾天数据集上获得了更好的图像分类识别效果。     

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。     

融合迁移学习的TranCo-Training分类模型

半监督学习中当未标注样本与标注样本分布不同时,将导致分类器偏离目标数据的主题,降低分类器的正确性.文中采用迁移学习技术,提出一种TranCo-Training分类模型.每次迭代,根据每个未标注样本与其近邻标注样本的分类一致性计算其迁移能力,并根据迁移能力从辅助数据集向目标数据集迁移实例.理论分析表明,辅助样本的迁移能力与其训练错误损失成反比,该方法能将训练错误损失最小化,避免负迁移,从而解决半监督学习中的主题偏离问题.实验表明,TranCo-Training优于随机选择未标注样本的RdCo-Training算法,尤其是给定少量的标注目标样本和大量的辅助未标注样本时.     

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。     

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。     

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.     

基于迁移学习的无监督跨域人脸表情识别

本文主要研究了基于迁移学习的无监督跨域人脸表情识别。在过去的几年里,提出的许多方法在人脸表情识别方面取得了令人满意的识别效果。但这些方法通常认为训练和测试数据来自同一个数据集,因此其具有相同的分布。而在实际应用中,这一假设通常并不成立,特别当训练集和测试集来自不同的数据集时,即跨域人脸表情识别问题。为了解决这一问题,本文提出将一种基于联合分布对齐的迁移学习方法(domain align learning)应用于跨域人脸表情识别,该方法通过找到一个特征变换,将源域和目标域数据映射到一个公共子空间中,在该子空间中联合对齐边缘分布和条件分布来减小域之间的分布差异,然后对变换后的特征进行训练得到一个域适应分类器来预测目标域样本标签。为了验证提出算法的有效性,在CK+、Oulu-CASIA NIR和Oulu-CASIA VIS这3个不同的数据库上做了大量实验,实验结果证明所提算法在跨域表情识别上是有效性的。     

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.