基于深度学习的计算机辅助诊断(CAD)在学术研究和临床应用中引起了吸引人的关注。然而,卷积神经网络(CNN)诊断系统严重依赖于标记的病变数据集,对数据分布变化的敏感性也限制了CNN在CAD中的潜在应用。开发了无监督的域适应性(UDA)方法来解决昂贵的注释和域间隙问题,并在医学图像分析中取得了巨大的成功。然而,现有的UDA方法仅适应从源病变域中汲取的知识到一个单个目标病变域,这是针对临床情况的:要诊断的新的未标记的目标域始终以在线和连续的方式到达。此外,由于新知识的知识覆盖了先前学到的知识(即灾难性的遗忘),因此现有方法的性能在先前学到的目标病变域上大大降低。为了处理上述问题,我们开发了一个名为连续病变知识元适应(CLKM)的元适应框架,该框架主要由语义适应阶段(​​SAP)和表示适应阶段(​​RAP)组成,以在线学习诊断模型和连续的方式。在SAP中,从源病变域中学到的语义知识转移到连续的靶病变域。在RAP中,优化了功能提取器以对齐整个源和多个目标病变域的可转移表示知识。
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深度学习已成为解决不同领域中现实世界中问题的首选方法,部分原因是它能够从数据中学习并在广泛的应用程序上实现令人印象深刻的性能。但是,它的成功通常取决于两个假设:(i)精确模型拟合需要大量标记的数据集,并且(ii)培训和测试数据是独立的且分布相同的。因此,不能保证它在看不见的目标域上的性能,尤其是在适应阶段遇到分布数据的数据时。目标域中数据的性能下降是部署深层神经网络的关键问题,这些网络已成功地在源域中的数据训练。通过利用标记的源域数据和未标记的目标域数据来执行目标域中的各种任务,提出了无监督的域适应(UDA)来对抗这一点。 UDA在自然图像处理,视频分析,自然语言处理,时间序列数据分析,医学图像分析等方面取得了令人鼓舞的结果。在本综述中,作为一个快速发展的主题,我们对其方法和应用程序进行了系统的比较。此外,还讨论了UDA与其紧密相关的任务的联系,例如域的概括和分布外检测。此外,突出显示了当前方法和可能有希望的方向的缺陷。
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Unsupervised domain adaptation (UDA) via deep learning has attracted appealing attention for tackling domain-shift problems caused by distribution discrepancy across different domains. Existing UDA approaches highly depend on the accessibility of source domain data, which is usually limited in practical scenarios due to privacy protection, data storage and transmission cost, and computation burden. To tackle this issue, many source-free unsupervised domain adaptation (SFUDA) methods have been proposed recently, which perform knowledge transfer from a pre-trained source model to unlabeled target domain with source data inaccessible. A comprehensive review of these works on SFUDA is of great significance. In this paper, we provide a timely and systematic literature review of existing SFUDA approaches from a technical perspective. Specifically, we categorize current SFUDA studies into two groups, i.e., white-box SFUDA and black-box SFUDA, and further divide them into finer subcategories based on different learning strategies they use. We also investigate the challenges of methods in each subcategory, discuss the advantages/disadvantages of white-box and black-box SFUDA methods, conclude the commonly used benchmark datasets, and summarize the popular techniques for improved generalizability of models learned without using source data. We finally discuss several promising future directions in this field.
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语义分割在广泛的计算机视觉应用中起着基本作用,提供了全球对图像​​的理解的关键信息。然而,最先进的模型依赖于大量的注释样本,其比在诸如图像分类的任务中获得更昂贵的昂贵的样本。由于未标记的数据替代地获得更便宜,因此无监督的域适应达到了语义分割社区的广泛成功并不令人惊讶。本调查致力于总结这一令人难以置信的快速增长的领域的五年,这包含了语义细分本身的重要性,以及将分段模型适应新环境的关键需求。我们提出了最重要的语义分割方法;我们对语义分割的域适应技术提供了全面的调查;我们揭示了多域学习,域泛化,测试时间适应或无源域适应等较新的趋势;我们通过描述在语义细分研究中最广泛使用的数据集和基准测试来结束本调查。我们希望本调查将在学术界和工业中提供具有全面参考指导的研究人员,并有助于他们培养现场的新研究方向。
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虽然在许多域内生成并提供了大量的未标记数据,但对视觉数据的自动理解的需求高于以往任何时候。大多数现有机器学习模型通常依赖于大量标记的训练数据来实现高性能。不幸的是,在现实世界的应用中,不能满足这种要求。标签的数量有限,手动注释数据昂贵且耗时。通常需要将知识从现有标记域传输到新域。但是,模型性能因域之间的差异(域移位或数据集偏差)而劣化。为了克服注释的负担,域适应(DA)旨在在将知识从一个域转移到另一个类似但不同的域中时减轻域移位问题。无监督的DA(UDA)处理标记的源域和未标记的目标域。 UDA的主要目标是减少标记的源数据和未标记的目标数据之间的域差异,并在培训期间在两个域中学习域不变的表示。在本文中,我们首先定义UDA问题。其次,我们从传统方法和基于深度学习的方法中概述了不同类别的UDA的最先进的方法。最后,我们收集常用的基准数据集和UDA最先进方法的报告结果对视觉识别问题。
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在过去的十年中,许多深入学习模型都受到了良好的培训,并在各种机器智能领域取得了巨大成功,特别是对于计算机视觉和自然语言处理。为了更好地利用这些训练有素的模型在域内或跨域转移学习情况下,提出了知识蒸馏(KD)和域适应(DA)并成为研究亮点。他们旨在通过原始培训数据从训练有素的模型转移有用的信息。但是,由于隐私,版权或机密性,原始数据并不总是可用的。最近,无数据知识转移范式吸引了吸引人的关注,因为它涉及从训练有素的模型中蒸馏宝贵的知识,而无需访问培训数据。特别是,它主要包括无数据知识蒸馏(DFKD)和源无数据域适应(SFDA)。一方面,DFKD旨在将域名域内知识从一个麻烦的教师网络转移到一个紧凑的学生网络,以进行模型压缩和有效推论。另一方面,SFDA的目标是重用存储在训练有素的源模型中的跨域知识并将其调整为目标域。在本文中,我们对知识蒸馏和无监督域适应的视角提供了全面的数据知识转移,以帮助读者更好地了解目前的研究状况和想法。分别简要审查了这两个领域的应用和挑战。此外,我们对未来研究的主题提供了一些见解。
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Although unsupervised domain adaptation methods have achieved remarkable performance in semantic scene segmentation in visual perception for self-driving cars, these approaches remain impractical in real-world use cases. In practice, the segmentation models may encounter new data that have not been seen yet. Also, the previous data training of segmentation models may be inaccessible due to privacy problems. Therefore, to address these problems, in this work, we propose a Continual Unsupervised Domain Adaptation (CONDA) approach that allows the model to continuously learn and adapt with respect to the presence of the new data. Moreover, our proposed approach is designed without the requirement of accessing previous training data. To avoid the catastrophic forgetting problem and maintain the performance of the segmentation models, we present a novel Bijective Maximum Likelihood loss to impose the constraint of predicted segmentation distribution shifts. The experimental results on the benchmark of continual unsupervised domain adaptation have shown the advanced performance of the proposed CONDA method.
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最近,面部生物识别是对传统认证系统的方便替代的巨大关注。因此,检测恶意尝试已经发现具有重要意义,导致面部抗欺骗〜(FAS),即面部呈现攻击检测。与手工制作的功能相反,深度特色学习和技术已经承诺急剧增加FAS系统的准确性,解决了实现这种系统的真实应用的关键挑战。因此,处理更广泛的发展以及准确的模型的新研究区越来越多地引起了研究界和行业的关注。在本文中,我们为自2017年以来对与基于深度特征的FAS方法相关的文献综合调查。在这一主题上阐明,基于各种特征和学习方法的语义分类。此外,我们以时间顺序排列,其进化进展和评估标准(数据集内集和数据集互联集合中集)覆盖了FAS的主要公共数据集。最后,我们讨论了开放的研究挑战和未来方向。
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我们在本文中解决了增量无监督域适应(IDA)的新问题。我们假设标记的源域和不同的未标记的目标域通过约束逐步观察到与当前域的数据仅一次可用。目标是为当前域概括为所有过去域的准确性。 IDA设置因域之间的突然差异以及包括源域内的过去数据的不可用。受到生成功能重放的概念的启发,我们提出了一种名为特征重放的增量域适应(Frida)的新颖框架,它利用了一个名为域 - 通用辅助分类GaN(DGAC-GaN)的新的增量生成对抗性网络(GAN)来生产域明确的特征表示无缝。对于域对齐,我们提出了一种简单的扩展名为Dann-Ib的流行域对抗神经网络(Dann),鼓励歧视域 - 不变和任务相关的特征学习。 Office-Home,Office-Caltech和Domainnet数据集的实验结果证实,FIDA维护了卓越的稳定性可塑性权衡,而不是文献。
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半监督域适应(SSDA)是一种具有挑战性的问题,需要克服1)以朝向域的较差的数据和2)分布换档的方法。不幸的是,由于培训数据偏差朝标标样本训练,域适应(DA)和半监督学习(SSL)方法的简单组合通常无法解决这两个目的。在本文中,我们介绍了一种自适应结构学习方法,以规范SSL和DA的合作。灵感来自多视图学习,我们建议的框架由共享特征编码器网络和两个分类器网络组成,用于涉及矛盾的目的。其中,其中一个分类器被应用于组目标特征以提高级别的密度,扩大了鲁棒代表学习的分类集群的间隙。同时,其他分类器作为符号器,试图散射源功能以增强决策边界的平滑度。目标聚类和源扩展的迭代使目标特征成为相应源点的扩张边界内的封闭良好。对于跨域特征对齐和部分标记的数据学习的联合地址,我们应用最大平均差异(MMD)距离最小化和自培训(ST)将矛盾结构投影成共享视图以进行可靠的最终决定。对标准SSDA基准的实验结果包括Domainnet和Office-Home,展示了我们对最先进的方法的方法的准确性和稳健性。
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机器学习系统通常假设训练和测试分布是相同的。为此,关键要求是开发可以概括到未经看不见的分布的模型。领域泛化(DG),即分销概括,近年来引起了越来越令人利益。域概括处理了一个具有挑战性的设置,其中给出了一个或几个不同但相关域,并且目标是学习可以概括到看不见的测试域的模型。多年来,域概括地区已经取得了巨大进展。本文提出了对该地区最近进步的首次审查。首先,我们提供了域泛化的正式定义,并讨论了几个相关领域。然后,我们彻底审查了与域泛化相关的理论,并仔细分析了泛化背后的理论。我们将最近的算法分为三个类:数据操作,表示学习和学习策略,并为每个类别详细介绍几种流行的算法。第三,我们介绍常用的数据集,应用程序和我们的开放源代码库进行公平评估。最后,我们总结了现有文学,并为未来提供了一些潜在的研究主题。
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Diabetic Retinopathy (DR) is a leading cause of vision loss in the world, and early DR detection is necessary to prevent vision loss and support an appropriate treatment. In this work, we leverage interactive machine learning and introduce a joint learning framework, termed DRG-Net, to effectively learn both disease grading and multi-lesion segmentation. Our DRG-Net consists of two modules: (i) DRG-AI-System to classify DR Grading, localize lesion areas, and provide visual explanations; (ii) DRG-Expert-Interaction to receive feedback from user-expert and improve the DRG-AI-System. To deal with sparse data, we utilize transfer learning mechanisms to extract invariant feature representations by using Wasserstein distance and adversarial learning-based entropy minimization. Besides, we propose a novel attention strategy at both low- and high-level features to automatically select the most significant lesion information and provide explainable properties. In terms of human interaction, we further develop DRG-Net as a tool that enables expert users to correct the system's predictions, which may then be used to update the system as a whole. Moreover, thanks to the attention mechanism and loss functions constraint between lesion features and classification features, our approach can be robust given a certain level of noise in the feedback of users. We have benchmarked DRG-Net on the two largest DR datasets, i.e., IDRID and FGADR, and compared it to various state-of-the-art deep learning networks. In addition to outperforming other SOTA approaches, DRG-Net is effectively updated using user feedback, even in a weakly-supervised manner.
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Transfer learning aims at improving the performance of target learners on target domains by transferring the knowledge contained in different but related source domains. In this way, the dependence on a large number of target domain data can be reduced for constructing target learners. Due to the wide application prospects, transfer learning has become a popular and promising area in machine learning. Although there are already some valuable and impressive surveys on transfer learning, these surveys introduce approaches in a relatively isolated way and lack the recent advances in transfer learning. Due to the rapid expansion of the transfer learning area, it is both necessary and challenging to comprehensively review the relevant studies. This survey attempts to connect and systematize the existing transfer learning researches, as well as to summarize and interpret the mechanisms and the strategies of transfer learning in a comprehensive way, which may help readers have a better understanding of the current research status and ideas. Unlike previous surveys, this survey paper reviews more than forty representative transfer learning approaches, especially homogeneous transfer learning approaches, from the perspectives of data and model. The applications of transfer learning are also briefly introduced. In order to show the performance of different transfer learning models, over twenty representative transfer learning models are used for experiments. The models are performed on three different datasets, i.e., Amazon Reviews, Reuters-21578, and Office-31. And the experimental results demonstrate the importance of selecting appropriate transfer learning models for different applications in practice.
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通过从完全标记的源域中利用数据,无监督域适应(UDA)通过显式差异最小化数据分布或对抗学习来提高未标记的目标域上的分类性能。作为增强,通过利用模型预测来加强目标特征识别期间涉及类别对齐。但是,在目标域上的错误类别预测中产生的伪标签不准确以及由源域的过度录制引起的分发偏差存在未探明的问题。在本文中,我们提出了一种模型 - 不可知的两阶段学习框架,这大大减少了使用软伪标签策略的缺陷模型预测,并避免了课程学习策略的源域上的过度拟合。从理论上讲,它成功降低了目标域上预期误差的上限的综合风险。在第一阶段,我们用分布对齐的UDA方法训练一个模型,以获得具有相当高的置位目标域上的软语义标签。为了避免在源域上的过度拟合,在第二阶段,我们提出了一种课程学习策略,以自适应地控制来自两个域的损失之间的加权,以便训练阶段的焦点从源分布逐渐移位到目标分布,以预测信心提升了目标分布在目标领域。对两个知名基准数据集的广泛实验验证了我们提出框架促进促进顶级UDA算法的性能的普遍效果,并展示其一致的卓越性能。
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最近的智能故障诊断(IFD)的进展大大依赖于深度代表学习和大量标记数据。然而,机器通常以各种工作条件操作,或者目标任务具有不同的分布,其中包含用于训练的收集数据(域移位问题)。此外,目标域中的新收集的测试数据通常是未标记的,导致基于无监督的深度转移学习(基于UDTL为基础的)IFD问题。虽然它已经实现了巨大的发展,但标准和开放的源代码框架以及基于UDTL的IFD的比较研究尚未建立。在本文中,我们根据不同的任务,构建新的分类系统并对基于UDTL的IFD进行全面审查。对一些典型方法和数据集的比较分析显示了基于UDTL的IFD中的一些开放和基本问题,这很少研究,包括特征,骨干,负转移,物理前导等的可转移性,强调UDTL的重要性和再现性 - 基于IFD,整个测试框架将发布给研究界以促进未来的研究。总之,发布的框架和比较研究可以作为扩展界面和基本结果,以便对基于UDTL的IFD进行新的研究。代码框架可用于\ url {https:/github.com/zhaozhibin/udtl}。
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Deep domain adaptation has emerged as a new learning technique to address the lack of massive amounts of labeled data. Compared to conventional methods, which learn shared feature subspaces or reuse important source instances with shallow representations, deep domain adaptation methods leverage deep networks to learn more transferable representations by embedding domain adaptation in the pipeline of deep learning. There have been comprehensive surveys for shallow domain adaptation, but few timely reviews the emerging deep learning based methods. In this paper, we provide a comprehensive survey of deep domain adaptation methods for computer vision applications with four major contributions. First, we present a taxonomy of different deep domain adaptation scenarios according to the properties of data that define how two domains are diverged. Second, we summarize deep domain adaptation approaches into several categories based on training loss, and analyze and compare briefly the state-of-the-art methods under these categories. Third, we overview the computer vision applications that go beyond image classification, such as face recognition, semantic segmentation and object detection. Fourth, some potential deficiencies of current methods and several future directions are highlighted.
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Recent studies reveal that a deep neural network can learn transferable features which generalize well to novel tasks for domain adaptation. However, as deep features eventually transition from general to specific along the network, the feature transferability drops significantly in higher layers with increasing domain discrepancy. Hence, it is important to formally reduce the dataset bias and enhance the transferability in task-specific layers. In this paper, we propose a new Deep Adaptation Network (DAN) architecture, which generalizes deep convolutional neural network to the domain adaptation scenario. In DAN, hidden representations of all task-specific layers are embedded in a reproducing kernel Hilbert space where the mean embeddings of different domain distributions can be explicitly matched. The domain discrepancy is further reduced using an optimal multi-kernel selection method for mean embedding matching. DAN can learn transferable features with statistical guarantees, and can scale linearly by unbiased estimate of kernel embedding. Extensive empirical evidence shows that the proposed architecture yields state-of-the-art image classification error rates on standard domain adaptation benchmarks.
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实现域适应是有价值的,以将学习知识从标记为CT数据集传输到腹部多器官分段的目标未标记的MR DataSet。同时,非常希望避免目标数据集的高注重成本并保护源数据集的隐私。因此,我们提出了一种有效的无核心无监督域适应方法,用于跨型号腹部多器官分段而不访问源数据集。所提出的框架的过程包括两个阶段。在第一阶段,特征映射统计损失用于对准顶部分段网络中的源和目标特征的分布,并使用熵最小化损耗来鼓励高席位细分。从顶部分段网络输出的伪标签用于指导样式补偿网络生成类似源图像。从中间分割网络输出的伪标签用于监督所需模型的学习(底部分段网络)。在第二阶段,循环学习和像素自适应掩模细化用于进一步提高所需模型的性能。通过这种方法,我们在肝脏,肾脏,左肾肾脏和脾脏的分割中实现了令人满意的性能,骰子相似系数分别为0.884,0.891,0.864和0.911。此外,当存在目标注释数据时,所提出的方法可以很容易地扩展到情况。该性能在平均骰子相似度系数的0.888至0.922增加到0.888至0.922,靠近监督学习(0.929),只有一个标记的MR卷。
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在本文中,我们提出了一种使用域鉴别特征模块的双模块网络架构,以鼓励域不变的特征模块学习更多域不变的功能。该建议的架构可以应用于任何利用域不变功能的任何模型,用于无监督域适应,以提高其提取域不变特征的能力。我们在作为代表性算法的神经网络(DANN)模型的区域 - 对抗训练进行实验。在培训过程中,我们为两个模块提供相同的输入,然后分别提取它们的特征分布和预测结果。我们提出了差异损失,以找到预测结果的差异和两个模块之间的特征分布。通过对抗训练来最大化其特征分布和最小化其预测结果的差异,鼓励两个模块分别学习更多域歧视和域不变特征。进行了广泛的比较评估,拟议的方法在大多数无监督的域适应任务中表现出最先进的。
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无监督的域适应性(UDA)引起了相当大的关注,这将知识从富含标签的源域转移到相关但未标记的目标域。减少域间差异一直是提高UDA性能的关键因素,尤其是对于源域和目标域之间存在较大差距的任务。为此,我们提出了一种新颖的风格感知功能融合方法(SAFF),以弥合大域间隙和转移知识,同时减轻阶级歧视性信息的丧失。受到人类传递推理和学习能力的启发,研究了一种新颖的风格感知的自我互化领域(SSID),通过一系列中级辅助综合概念将两个看似无关的概念联系起来。具体而言,我们提出了一种新颖的SSID学习策略,该策略从源和目标域中选择样本作为锚点,然后随机融合这些锚的对象和样式特征,以生成具有标记和样式丰富的中级辅助功能以进行知识转移。此外,我们设计了一个外部存储库来存储和更新指定的标记功能,以获得稳定的类功能和班级样式功能。基于提议的内存库,内部和域间损耗功能旨在提高类识别能力和特征兼容性。同时,我们通过无限抽样模拟SSID的丰富潜在特征空间,并通过数学理论模拟损失函数的收敛性。最后,我们对常用的域自适应基准测试进行了全面的实验,以评估所提出的SAFF,并且实验结果表明,所提出的SAFF可以轻松地与不同的骨干网络结合在一起,并获得更好的性能作为插入插型模块。
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