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.     

可能性匹配知识迁移原型聚类算法

针对迁移原型聚类的优化问题,本文以模糊知识匹配迁移原型聚类为基础,介绍了聚类场景中从源域到目标域的迁移学习机制,明确了源域聚类中心辅助目标域得到更好的聚类效果。但目前此类迁移机制依然面临如下的挑战:1）如何克服已有迁移原型聚类方法中不同类别间的知识强制性匹配带来的负作用。2）当源域与目标域相似度较低时,如何避免模糊强制性匹配的不合理性以及过于依赖源域知识的缺陷被放大。为此,研究了一种新的迁移原型聚类机制,即可能性匹配知识迁移原型机制,并基于此实现了2个具体的迁移聚类算法。借鉴可能性匹配的思想,该算法可以自动选择和偏重有用的源域知识,克服了源域和目标域之间的强制性匹配限制,具有较好的可调节性。研究结果表明:在不同迁移场景下模拟数据集和真实NG20groups数据集上的实验研究表明,提出的算法较已有的相关算法展现了更好的性能。     

域间F-范数正则化迁移谱聚类方法

传统聚类算法在目标数据集被噪声或异常数据大量污染的场景下聚类效果不佳。针对此问题,在经典谱聚类算法(spectral clustering,SC)基础上加入迁移学习知识,提出了新的域间F-范数正则化迁移谱聚类算法(transfer spectral clustering based on inter-domain F-norm regularization,TSC-IDFR)。该算法通过第K最近邻原则为目标域数据从源域(历史数据)获取等量的可参照数据样本,然后基于域间F范数正则化机制,迁移这些源域可参照数据样本的谱聚类特征矩阵,以辅助目标域数据集上的谱聚类过程,从而解决实际问题中由于目标域数据污染带来的聚类难题,最终提高谱聚类效果。通过在模拟数据集和真实数据集上的仿真实验,证明了该算法的有效性。     

基于知识利用的迁移学习一般化增强模糊划分聚类算法

针对非充分数据集及噪声对聚类分析的干扰,基于模糊C均值(FCM)框架下的聚类技术,即一般化的增强模糊划分聚类算法(GIFP-FCM),探讨具有迁移学习能力的聚类方法--融入迁移学习机制的GIFP-FCM算法(T-GIFP-FCM)。该算法通过有效利用历史相关场景(域)总结得到的知识来指导当前场景(域)中信息不足时的聚类任务,从而提高聚类效果。通过在模拟数据集及真实数据集上的仿真实验,结果显示文中算法较之传统算法在处理信息不足任务时具有更佳的性能。     

一种基于伪标签的深度迁移学习算法

深度学习的成功依赖于海量的训练数据，然而获取大规模有标注的数据并不容易，成本昂贵且耗时；同时由于数据在不同场景下的分布有所不同，利用某一特定场景的数据集所训练出的模型往往在其他场景表现不佳。迁移学习作为一种将知识从一个领域转移到另一个领域的方法，可以解决上述问题。深度迁移学习则是在深度学习框架下实现迁移学习的方法。提出一种基于伪标签的深度迁移学习算法，该算法以ResNet-50为骨干，通过一种兼顾置信度和类别平衡的样本筛选机制为目标域样本提供伪标签，然后进行自训练，最终实现对目标域样本准确分类，在Office-31数据集上的三组迁移学习任务中，平均准确率较传统算法提升5.0%。该算法没有引入任何额外网络参数，且注重源域数据隐私，可移植性强，具有一定的实用价值。     

基于极大熵的知识迁移模糊聚类算法

针对传统的聚类算法在样本数据量不足或样本受到污染情况下的聚类性能下降问题,在经典的极大熵聚类算法（MEKTFCA）的基础上,提出了一种新的融合历史聚类中心点和历史隶属度这两种知识的基于极大熵的知识迁移模糊聚类算法。该算法通过学习由源域总结出来的有益历史聚类中心和历史隶属度知识来指导数据量不足或受污染的目标域数据的聚类任务,从而提高了聚类性能。通过一组模拟数据集和两组真实数据集构造的迁移场景上的实验,证明了该算法的有效性。     

中心约束的跨源学习可能性C均值聚类算法

可能性C均值聚类算法（Possibilistic C-Means,PCM）相比于模糊C均值聚类算法（Fuzzy C-Means,FCM）,能更好地处理含有噪音和例外点的数据,但在处理数据粘性较强的数据集时,PCM算法的聚类中心趋于一致,从而导致聚类算法直接失效。针对这个问题,提出了中心约束准则与跨域迁移学习准则,并将其应用到可能性C均值算法中,从而提出一种具有中心约束能力的聚类算法,简称中心约束的跨源学习聚类算法,改进后的算法能够利用跨域知识进行辅助聚类,确保类中心相互远离,从而能够保证算法的聚类性能。通过模拟数据集和真实数据集的实验,验证了该算法的上述优点。     

知识迁移的极大熵聚类算法及其在纹理图像分割中的应用

本文研究了一种新型的基于知识迁移的极大熵聚类技术。拟解决两大挑战性问题:1）如何从源域中选择合适的知识对目标域进行迁移学习以最终强化目标域的聚类性能;2）若存在源域聚类数与目标域聚类数不一致的情况时,该如何进行迁移聚类。为此提出一种全新的迁移聚类机制,即基于聚类中心的中心匹配迁移机制。进一步将该机制与经典极大熵聚类算法相融合提出了基于知识迁移的极大熵聚类算法（KT-MEC）。实验表明,在不同迁移场景下的纹理图像分割应用中,KT-MEC算法较很多现有聚类算法具有更高的精确度和抗噪性。     

层次K均值聚类结合改进ITML的的迁移度量学习方法

目前的迁移学习方法多针对单一迁移类型,使用低级特征空间,并且源集比目标集复杂耗力;针对这些问题,综合考虑特征表示迁移、参数迁移和实例迁移,提出迁移度量学习的通用框架。首先,基于属性相似性空间和类别相似性空间,利用层次K均值聚类获取相似性;然后,利用去相关归一化转换方法消除源集中的相关关系来抑制负迁移作用;最后,改进信息理论度量学习方法进行相似性度量学习。对三种不同复杂度数据集进行实验,结果表明,提出方法的迁移学习性能较传统方法明显提高,且对负迁移影响具有更好的鲁棒性。此外,提出的方法可应用于源集比目标集简单的情况,评估结果表明,即使源集知识有限,也可以得到较好的迁移学习效果。     

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为力。为了有效解决上述问题,提出一种面向开放集的模糊域自适应算法。该算法引用了不确定性的模糊化,计算目标域样本的模糊隶属度来学习源域特征到目标域特征空间的线性映射,通过迭代逐步将源域与目标域转化在同一特征空间下。通过对无监督和半监督的图像迁移任务的大量实验,验证了该算法对于开放集场景下图像分类的有效性。     

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。     

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。     

A multi-prototype clustering algorithm

Clustering is an important unsupervised learning technique widely used to discover the inherent structure of a given data set. Some existing clustering algorithms uses single prototype to represent each cluster, which may not adequately model the clusters of arbitrary shape and size and hence limit the clustering performance on complex data structure. This paper proposes a clustering algorithm to represent one cluster by multiple prototypes. The squared-error clustering is used to produce a number of prototypes to locate the regions of high density because of its low computational cost and yet good performance. A separation measure is proposed to evaluate how well two prototypes are separated. Multiple prototypes with small separations are grouped into a given number of clusters in the agglomerative method. New prototypes are iteratively added to improve the poor cluster separations. As a result, the proposed algorithm can discover the clusters of complex structure with robustness to initial settings. Experimental results on both synthetic and real data sets demonstrate the effectiveness of the proposed clustering algorithm.     

一种基于簇的极限学习机的在线学习算法

针对传统的批量学习算法学习速度慢、对空间需求量高的缺点,提出了一种基于簇的极限学习机的在线学习算法。该算法将分簇的理念融入到极限学习机中,并结合极限学习机,提出了一种基于样本类别和样本输出的分簇标准;同时提出了一种加权的Moore-Penrose算法求隐层节点与输出节点的连接权重。实验结果表明,该算法具有学习能力好、拟合度高、泛化性能好等优点。     

Online transfer learning by leveraging multiple source domains

Transfer learning aims to enhance performance in a target domain by exploiting useful information from auxiliary or source domains when the labeled data in the target domain are insufficient or difficult to acquire. In some real-world applications, the data of source domain are provided in advance, but the data of target domain may arrive in a stream fashion. This kind of problem is known as online transfer learning. In practice, there can be several source domains that are related to the target domain. The performance of online transfer learning is highly associated with selected source domains, and simply combining the source domains may lead to unsatisfactory performance. In this paper, we seek to promote classification performance in a target domain by leveraging labeled data from multiple source domains in online setting. To achieve this, we propose a new online transfer learning algorithm that merges and leverages the classifiers of the source and target domain with an ensemble method. The mistake bound of the proposed algorithm is analyzed, and the comprehensive experiments on three real-world data sets illustrate that our algorithm outperforms the compared baseline algorithms.     

一种面向多源领域的实例迁移学习

在迁移学习最大的特点就是利用相关领域的知识来帮助完成目标领域中的学习任务,它能够有效地在相似的领域或任务之间进行信息的共享和迁移,使传统的从零开始的学习变成可积累的学习,具有成本低、效率高等优点.针对源领域数据和目标领域数据分布类似的情况,提出一种基于多源动态TrAdaBoost的实例迁移学习方法.该方法考虑多个源领域知识,使得目标任务的学习可以充分利用所有源领域信息,每次训练候选分类器时,所有源领域样本都参与学习,可以获得有利于目标任务学习的有用信息,从而避免负迁移的产生.理论分析验证了所提算法较单源迁移的优势,以及加入动态因子改善了源权重收敛导致的权重熵由源样本转移到目标样本的问题.实验结果验证了此算法在提高识别率方面的优势.     

基于改进DeeplabV3+和迁移学习的桥梁裂缝检测

裂缝作为桥梁最主要的病害之一,及时高效地发现和评估裂缝对保持桥梁的健康状况至关重要。针对裂缝标注数据集成本高、检测精度低等问题,提出了一种基于注意力机制和迁移学习的改进DeeplabV3+模型。该模型通过添加注意力机制来获取丰富上下文信息,提高裂缝特征通道的学习能力,降低背景噪声影响;通过公共数据集和小样本数据集组合建立源域数据集、目标域数据集以供迁移学习使用,以此来降低训练样本过少对检测性能的影响。实验结果表明,改进DeeplabV3+模型对桥梁裂缝检测获得了较好的检测效果,检测精度达到了93.3%,较原始模型提高了3个百分点;通过迁移学习训练模型在小样本数据上取得较高的检测精度,可节省大量标注成本。