partial transfer learning文章总结(二)

介绍了SelectiveAdversarialNetworks(SAN)如何通过调整源域类别权重解决partialtransferlearning问题,将问题转化为传统迁移学习问题。

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上一篇文章就说明是迁移学习,以及partial transfer learning问题是什么做了介绍,目前,在partial transfer learning问题上,现在主要有三篇文章,这里分别做介绍,今天先介绍第一篇:
第一篇:Partial Transfer Learning with Selective Adversarial Networks
本文提出了一种叫做SAN(Selective Adversarial Networks)的网络来解决partial transfer learning的问题,这个网络是DaNN网络的基础上做的改良,前文提及DaNN网络在面对partial transfer learning问题时会面临负迁移的问题,该网络做的就是将每一类源域样本均进行分析,通过使既在源域又在目标域中的类别权重变大,只在源域不在目标域中的类别权重变小,来将partial transfer learning问题转化为一个新的传统迁移学习问题。
图一  SAN网络架构
黑色部分是传统的DaNN网络的组成部分,蓝色部分则是SAN所独有的改变源域类别权重的新网络结构。下面对该网络结构进行分析。
Gf是传统的特征提取器,即几个卷积层叠加,获取源域图像的特征向量;G_d^k 表示第k类的类别鉴别器,它的作用是输出一个概率值,表示输入的样本属于该类别的可能性,d^k 表示预测的域标签,这个标签值表示的是该类样本既属于目标域又属于源域的可能性,L_d^k 则表示第k类样本的域判别损失,这个损失函数依然是交叉熵损失函数的形式,但是这里由y与d^k 组成。同时考虑了源域与目标域的特征提取,达到提取共同特征的目的,将会在后面损失函数处进行详细解释,这里y是预测的标签值,当然这个值也是假的,因为softmax函数输出的实际是一种可能性概率值,现在将概率值当做标签值用于损失函数。所以总体思路就是先按照传统DaNN网络来提取源域与目标域的共同特征,同时构建新网络结构对每一类别进行分析,使属于源域但不属于目标域的类别权重变小,既属于目标域又属于源域的类别权重不变,这样将partial transfer learning问题转化为传统迁移学习问题。
损失函数分析:

损失函数第一项就是传统的交叉熵损失函数,如果只看这一项的话就相当于是在源域上做有监督学习。第二项是半监督学习里面的一个低密度分离这一概念的损失函数表达式,这一项的作用是将最后分类得到的各个类别之间能够拉的更开,即不同类别数据之间可以分的更开。那么怎么实现分的更开呢?这就通过无监督学习里一个概念熵最小化原理来实现,信息熵可以体现出一段信息的信息量,而熵最小的时候就是最稳定的时候,即各类分的最开,最不易混淆的时候,第三项就是这篇文章的精髓所在,这个就是上文提及的域分类器,这里的损失函数L_d^k仍是交叉熵的形式,前面不同的标签预测值y是个概率值,表示这一类属于源域且属于目标域的可能,,从而各类样本属于异常类的权值低,而属于相关类的权值高。第三项损失的意义是说每个子判别器通过可能性权重来进行有监督优化,同时每个子判别器又通过权值相乘进行结合而成,其中样本属于异常类的权值低,而属于相关类的权值高。而前两项是通过最小化来实现准确,最后一项前面的负号则是因为上面提到的要最小化Gy并最大化Gd。
这就是SAN网络的基本思想。

<think>我们根据用户需求,基于论文描述的跨平台机器人技能复用与任务迁移框架,构建一个结构化思维导图。该框架的核心是模块化架构,包含任务规划、技能抽象、知识库构建和统一调度机制等组件。 思维导图结构如下: 1. 核心目标 - 跨平台机器人技能复用 - 跨平台任务迁移 2. 模块化架构 2.1 任务规划模块 - 任务分解:将复杂任务分解为原子操作 - 任务描述语言:统一的任务描述规范 - 任务依赖关系建模:使用有向无环图(DAG)表示任务流程 2.2 技能抽象模块 - 技能表示:使用统一的技能描述语言(如基于XML或JSON的模板) - 技能接口标准化:定义输入输出参数、前置条件和后置条件 - 技能库:存储和管理可复用的技能 2.3 知识库构建模块 - 平台知识:记录不同机器人平台的能力和约束(如机械臂工作空间、移动平台速度等) - 环境知识:动态环境信息(如地图、障碍物) - 任务历史库:存储已完成任务的信息,用于学习和优化 2.4 统一调度机制 - 资源发现:动态发现可用机器人资源 - 任务分配算法:基于技能匹配和资源状态进行分配(如基于拍卖的算法、遗传算法等) - 容错机制:任务执行失败时的重试或重新分配策略 3. 跨平台支持层 - 硬件抽象层(HAL):屏蔽不同机器人平台的硬件差异 - 通信中间件:支持ROS/ROS2、DDS等通信协议 - 平台适配器:将统一调度指令转换为具体平台的控制指令 4. 关键技术 - 技能迁移技术:将技能从一种平台迁移到另一种平台(如通过仿真学习) - 知识迁移技术:利用迁移学习将知识库中的经验应用于新平台 - 动态调度策略:根据环境变化实时调整调度方案 5. 辅助模块 - 监控与日志:实时监控任务执行状态,记录详细日志 - 用户接口:提供图形化界面和API - 仿真环境:用于测试和验证调度策略 根据上述结构,我们可以用文本形式描述思维导图,也可以使用工具(如XMind)生成图形化思维导图。由于当前是文本形式,我们以层级方式呈现。 同时,我们参考了引用内容: - 引用[1]提到CAMEL框架的可进化架构和大规模仿真,这与我们的动态扩展和仿真测试模块相关。 - 引用[3]中关于RBR(基于规则的推理)的动态扩展和Prompt更新机制,可以应用于知识库构建模块中的规则更新和任务规划中的动态调整。 - 引用[4]提到利用多个AI Agent共同审查论文,这类似于我们框架中多机器人协作的任务规划。 因此,在知识库构建模块中,我们可以引入动态规则更新机制,例如: - 当新的机器人技能被添加时,自动更新技能库,并触发相关任务的重新规划。 - 使用类似RBR的规则来动态生成任务规划提示(Prompt),例如:当检测到新技能时,自动生成使用该技能的任务规划方案。 在统一调度机制中,可以借鉴多智能体协作的模式(引用[4]),使用消息队列(如Kafka)来处理机器人之间的通信和任务分配。 下面,我们根据上述分析,生成结构化思维导图的文本描述: ``` 跨平台机器人技能复用与任务迁移框架 ├── 核心目标 │ ├── 跨平台技能复用 │ └── 跨平台任务迁移 ├── 模块化架构 │ ├── 任务规划模块 │ │ ├── 任务分解(原子操作) │ │ ├── 统一任务描述语言 │ │ └── 任务依赖建模(DAG) │ ├── 技能抽象模块 │ │ ├── 技能表示(XML/JSON模板) │ │ ├── 技能接口标准化(输入/输出、前置/后置条件) │ │ └── 技能库(存储与管理) │ ├── 知识库构建模块 │ │ ├── 平台知识(能力与约束) │ │ ├── 环境知识(动态地图等) │ │ ├── 任务历史库 │ │ └── 动态规则更新(RBR机制,引用[3]) │ └── 统一调度机制 │ ├── 资源发现(动态机器人资源) │ ├── 任务分配算法(拍卖算法、遗传算法等) │ ├── 容错机制(重试、重分配) │ └── 多智能体协作(消息队列,如Kafka,引用[4]) ├── 跨平台支持层 │ ├── 硬件抽象层(HAL) │ ├── 通信中间件(ROS/ROS2, DDS) │ └── 平台适配器(指令转换) ├── 关键技术 │ ├── 技能迁移技术(仿真学习) │ ├── 知识迁移技术(迁移学习) │ └── 动态调度策略(实时调整) └── 辅助模块 ├── 监控与日志 ├── 用户接口(GUI/API) └── 仿真环境(测试验证,引用[1]) ``` 注意:在知识库构建模块中,我们引入了RBR机制(引用[3])来实现动态规则更新,例如当新的技能或平台知识加入时,自动更新规则并生成新的任务规划提示。在统一调度机制中,我们引入了多智能体协作模式(引用[4])来处理机器人之间的通信。 相关问题: 1. 如何评估跨平台机器人技能复用框架的性能? 2. 在动态环境中,如何保证任务迁移的实时性和可靠性? 3. 如何设计硬件抽象层(HAL)以支持不同类型的机器人平台? 4. 知识库构建模块中,如何实现知识的自动获取和更新? 5. 任务分配算法有哪些优化方向以适应大规模机器人集群?</think>### 跨平台机器人技能复用与任务迁移框架思维导图 基于论文描述的模块化架构,框架的核心组件及关联关系如下(结构化表示): ``` 跨平台机器人技能复用与任务迁移框架 ├── **任务规划层** │ ├── 任务分解引擎 │ │ ├── DAG任务拓扑建模($$G = (V,E)$$) │ │ └── 原子操作识别 │ ├── 跨平台约束解析 │ │ ├── 硬件兼容性检测 │ │ └── 环境差异适配(引用[3]动态规则更新) │ └── 任务迁移接口 │ ├── ROS2/DDS协议适配 │ └── 平台无关任务描述语言 │ ├── **技能抽象层** │ ├── 技能元模型 │ │ ├── 输入/输出参数标准化($$P_{in} = \{p_1...p_n\}$$) │ │ ├── 前置/后置条件定义 │ │ └── QoS指标量化 │ ├── 技能库 │ │ ├── 基础技能池(导航/抓取/检测) │ │ ├── 组合技能模板 │ │ └── 版本管理(语义版本控制) │ └── 技能迁移引擎 │ ├── 仿真到实机映射(引用[1]可进化架构) │ └── 跨平台适配器(ROS→Android→Web) │ ├── **知识库构建层** │ ├── 多源知识融合 │ │ ├── 平台能力图谱(引用[3]RBR规则库) │ │ ├── 任务历史数据库 │ │ └── 环境语义地图 │ ├── 动态知识更新 │ │ ├── 在线学习模块(增量式更新) │ │ └── 知识验证管道(引用[4]Agent审查机制) │ └── 知识检索接口 │ ├️── 语义相似度匹配($$sim(s_1,s_2) = \frac{s_1 \cdot s_2}{||s_1|| \cdot ||s_2||}$$) │ └── 多模态查询引擎 │ ├── **统一调度机制** │ ├── 资源感知调度 │ │ ├️── 实时资源监控(CPU/网络/电池) │ │ └── 动态负载均衡 │ ├️── 智能分配算法 │ │ ├️── 基于QoS的遗传算法($$f_{itness} = \alpha T_{cost} + \beta R_{eliability}$$) │ │ └── 多Agent协作优化(引用[4]蜂巢系统) │ └── 容错控制 │ ├️── 任务检查点回滚 │ └── 技能热替换机制 │ └── **跨平台支持层** ├── 通信中间件 │ ├️── Apache Kafka消息总线(引用[4]) │ └── 零拷贝数据传输 ├── 硬件抽象层(HAL) │ ├️── 驱动标准化接口 │ └── 传感器统一适配 └── 安全网关 ├️── 跨域认证模块 └── 加密任务管道 ``` ### 关键创新点说明 1. **技能复用机制** 通过技能元模型实现平台无关的技能描述,结合语义版本控制确保技能库的兼容性。技能迁移引擎利用仿真环境(如CAMEL框架[^1])进行预验证,降低实机部署风险。 2. **动态知识更新** 采用RBR规则库[^3]实现知识自动提炼,当检测到新论文发布时自动触发知识库更新(如新材料理论),并通过多Agent审查机制[^4]保证知识可靠性。 3. **统一调度优化** 调度算法融合多目标优化(时间成本$T_{cost}$与可靠性$R_{eliability}$),借助Kafka消息总线[^4]实现万级任务/秒的吞吐能力,满足工业级需求。 4. **跨平台适配** 硬件抽象层(HAL)封装底层差异,支持从ROS机器人到Web虚拟Agent的统一调度,实现"一次编程,多平台部署"。 ### 相关问题 1. 如何量化评估技能复用带来的效率提升? 2. 当新机器人平台接入时,知识库构建层如何自动生成适配规则? 3. 统一调度机制如何处理不同通信协议(如ROS1/ROS2/DDS)的兼容性问题? 4. 技能抽象层如何保证高精度操作(如手术机器人)的跨平台一致性? 5. 在资源受限场景(如月球车),调度算法需要哪些特殊优化? > 注:框架设计参考了CAMEL的可进化架构[^1]、RBR的动态规则扩展[^3]以及多Agent协作模式[^4],确保系统具备持续演进能力。
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