【论文阅读】Learning Semantic Representations for Unsupervised Domain Adaptation

本文提出了一种名为moving semantic transfer network (mstn)的网络,旨在通过对齐源域和目标域相同类别的中心来学习样本的语义信息,从而解决无监督领域适应的问题。损失函数包括分类损失、域对抗损失和语义转移损失,其中语义转移损失是主要创新点,通过centroid alignment减少源域和目标域之间的差距。实验在Office-31、ImageCLEF-DA和手写数字集上展示了有效性的提升。

Learning Semantic Representations for Unsupervised Domain Adaptation 2018 ICML
代码地址:https://github.com/Mid-Push/Moving-Semantic-Transfer-Network Tensorflow

一. 主要贡献

这篇文章解决的主要问题是如何用有标签的数据去标记无标签的数据? 之前的方法都忽略了样本的语义信息,比如之前的算法可能将目标域的背包映射到源域的小汽车附近。 这篇文章最要的贡献就是提出了 moving semantic transfer network 这个网络,简称mstn,其主要是通过 对齐源域(有标签)和 目标域(伪标签,网络预测一个标签)相同类别的中心,以学习到“样本的语义信息

二. 主要方法

2.1 基本框架

在这里插入图片描述

该方法中损失函数主要由三部分组成:
其主要表达形式如下:
损失函数

  1. LC(XS,yS)指的是源域的分类损失;
  2. LDC(XS,XT)指的是域对抗的相似性损失,目标是骗过discriminator,让其不知道特征是来自于源域还是目标域。<
### CompUDA 论文复现:无监督领域自适应语义分割 CompUDA 是一种用于无监督领域自适应(Unsupervised Domain Adaptation, UDA)的语义分割方法。它通过减少源域和目标域之间的分布差异来提高模型在未标记目标域上的泛化能力[^1]。 #### 方法概述 CompUDA 的核心思想在于利用一致性正则化以及特征对齐策略,在无需额外复杂操作的情况下完成跨域适配。具体而言,这种方法主要依赖以下几个方面: - **一致性约束**:通过对输入图像施加扰动并强制预测结果保持一致,从而提升模型鲁棒性和泛化能力[^2]。 - **特征空间对齐**:采用特定机制使得源域和目标域的数据分布在隐含特征空间中更加接近,进而缓解因域偏移带来的负面影响[^1]。 以下是基于现有资料整理的一个简化版实现框架示例代码,适用于初步验证 CompUDA 的基本原理和技术路线: ```python import torch from torchvision import models import torch.nn.functional as F class SegmentationModel(torch.nn.Module): def __init__(self, num_classes=19): super(SegmentationModel, self).__init__() backbone = models.vgg16(pretrained=True).features self.encoder = torch.nn.Sequential(*list(backbone.children())[:-1]) self.decoder = torch.nn.Conv2d(512, num_classes, kernel_size=1) def forward(self, x): features = self.encoder(x) output = self.decoder(features) return F.interpolate(output, size=x.size()[2:], mode='bilinear', align_corners=False) def consistency_loss(pred_clean, pred_augmented): loss = torch.mean((pred_clean.softmax(dim=1) - pred_augmented.softmax(dim=1))**2) return loss device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu' model = SegmentationModel().to(device) # Dummy data simulation (replace with actual source and target datasets) source_image = torch.randn(1, 3, 256, 512).to(device) target_image = torch.randn(1, 3, 256, 512).to(device) # Forward pass on clean images with torch.no_grad(): model.eval() pred_source_clean = model(source_image) pred_target_clean = model(target_image) # Data augmentation for consistency regularization augmented_target_image = augment_data(target_image) # Define your own augmentation function here. pred_target_augmented = model(augmented_target_image) # Compute losses seg_loss = compute_segmentation_loss(pred_source_clean, labels_from_source_dataset) # Replace `labels_from_source_dataset` accordingly. consistency_reg = consistency_loss(pred_target_clean, pred_target_augmented) total_loss = seg_loss + lambda_cons * consistency_reg # Adjust hyperparameter `lambda_cons`. optimizer.zero_grad() total_loss.backward() optimizer.step() print(f'Total Loss: {total_loss.item()}') ``` 此脚本仅作为概念演示用途,请根据实际需求调整网络架构、损失函数定义以及其他超参数设置等内容[^4]。 #### 注意事项 当尝试复现此类研究工作时需要注意以下几点: - 数据预处理阶段可能涉及复杂的转换逻辑; - 需要仔细挑选适合当前任务特性的骨干网络结构; - 调整合适的优化器配置及学习率调度方案有助于获得更优的结果表现。 ---
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