开集域适应综述

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024091277

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (9): 2727-2736.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024091277

• 人工智能 •

开集域适应综述

王闯, 俞璐(), 陈健威, 潘成, 杜文博

陆军工程大学通信工程学院，南京 210007

收稿日期:2024-09-09 修回日期:2025-02-25 接受日期:2025-03-03 发布日期:2025-03-26 出版日期:2025-09-10
通讯作者: 俞璐
作者简介:王闯（1995—），男，安徽滁州人，硕士研究生，主要研究方向：迁移学习、模式识别
陈健威（2000—），男，广东江门人，硕士研究生，主要研究方向：迁移学习、模式识别
潘成（2000—），男，山东烟台人，硕士研究生，主要研究方向：对抗攻击、深度学习
杜文博（2002—），男，河南驻马店人，硕士研究生，主要研究方向：无线网络、机器学习。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(62471486)

Review of open set domain adaptation

Chuang WANG, Lu YU(), Jianwei CHEN, Cheng PAN, Wenbo DU

School of Communications Engineering，Army Engineering University，Nanjing Jiangsu 210007，China

Received:2024-09-09 Revised:2025-02-25 Accepted:2025-03-03 Online:2025-03-26 Published:2025-09-10
Contact: Lu YU
About author:WANG Chuang， born in 1995， M. S. candidate. His research interests include transfer learning， pattern recognition.
CHEN Jianwei， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include transfer learning， pattern recognition.
PAN Cheng， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include adversarial attacks， deep learning.
DU Wenbo， born in 2002， M. S. candidate. His research interests include wireless networks， machine learning.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62471486)

摘要/Abstract

摘要：

作为迁移学习的关键技术，域适应能很好地解决训练和测试数据集分布不同的问题。然而，传统的域适应方法通常只适用于目标域和源域数据集所含类别的数量和种类相同的情况，在实际场景中该条件通常很难满足。开集域适应（OSDA）正是为了解决此问题而出现的。为了填补该领域的空白，并为相关研究提供借鉴参考，对近年来出现的OSDA方法进行归纳分析。首先，介绍相关概念与基本结构；其次，分别从针对数据增强、针对特征提取以及针对分类器3个阶段梳理分析相关的典型方法；最后，对OSDA的未来发展方向进行展望。

关键词: 迁移学习, 开集域适应, 数据增强, 特征提取, 分类器

Abstract:

As a critical technique in transfer learning， domain adaptation addresses the issue of different distributions in training and test datasets well. However， traditional domain adaptation methods are typically limited to scenarios where the target-domain and source-domain datasets are with same number and types of categories. In practical applications， these scenarios are often difficult to meet. Open Set Domain Adaptation （OSDA） emerges to address this challenge. In order to fill the gap in this field and provide a reference for related research， a summary and analysis of OSDA methods emerged in recent years were conducted. Firstly， the related concepts and basic structure were introduced. Secondly， the related typical methods were sorted out and analyzed from three stages： data augmentation-oriented， feature extraction-oriented， and classifier-oriented. Finally， future development directions of OSDA were prospected.

Key words: transfer learning, Open Set Domain Adaptation (OSDA), data augmentation, feature extraction, classifier

中图分类号:

TP183

王闯, 俞璐, 陈健威, 潘成, 杜文博. 开集域适应综述[J]. 计算机应用, 2025, 45(9): 2727-2736.

Chuang WANG, Lu YU, Jianwei CHEN, Cheng PAN, Wenbo DU. Review of open set domain adaptation[J]. Journal of Computer Applications, 2025, 45(9): 2727-2736.

图/表 5

参考文献 56

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方法		基本原理	优点	局限性
针对数据增强的方法	简单数据增强方法	通过找寻源域已知类和目标域未知类数据之间的潜在关系，将源域不同已知类数据的不同组分按照一定方式合成代表未知类的数据，并用于后续模型训练	实现相对简单，可解释性较强，通常不会引入额外的神经网络结构，也不会增加模型复杂度和算力成本	需要源域已知类和目标域未知类数据特征的先验知识，否则很难找到潜在关系，导致合成的数据无法真正代表未知类，由此引发负迁移
针对数据增强的方法	神经网络数据增强方法	通常需要引入GAN等额外的神经网络结构，通过设计具有针对性的策略，引导模型自动生成代表未知类的数据，并用于后续模型训练	神经网络自动学习源域已知类和目标域未知类数据的特征关系，即使对二者先验知识较少，也能实现	引入了额外神经网络，模型复杂度和计算成本增加；生成的未知类数据具有很强随机性，难以确保能很好代表未知类数据，从而导致负迁移
针对特征提取的方法	基于领域分布差异的方法	通常需要通过模型训练先对目标域数据标记伪标签，而后通过减小源域和目标域已知类数据分布差异，同时增大和目标域未知类数据分布差异的方法减小目标域泛化误差	该类方法较为直观，可解释性较强，对不同数据集都有一定的兼容性	对伪标签质量的依赖较强，若伪标签质量较差，则容易产生负迁移；对域偏移较大的数据集效果较差，容易混淆未知类和域偏移部分
	基于对抗学习的方法	通过设定固定阈值或其他策略，对未知类数据进行鉴别，同时引入对抗训练思想，引导特征提取器学习源域数据和目标域已知类数据共有特征实现已知类对齐	能够有效降低源域和目标域已知类数据分布差异，通过对抗训练，能够使模型学习到更加鲁棒的特征表示，以提高模型在目标域上的泛化能力	模型复杂度和计算成本较高；多数基于对抗学习方法都设置了固定阈值，对参数选择较为敏感，不同开放程度的数据集阈值通常不同，需要进行多次实验进行调整选取
	基于语义分析的方法	通常利用不同的聚类算法，提取源域和目标域不同类别数据所蕴含的语义信息，并用于指导模型训练	该类方法综合考虑了源域和目标域数据的语义信息，并以此进一步指导模型特征选择，能够较好提升模型性能	参数过多，计算量过大，计算效率较低；同时，该类方法对数据需求量较大，且对光照和噪声等因素较为敏感
针对分类器的方法	基于对抗学习的方法	通常先将目标域数据全部当成已知类，通过MCD方法进行特征提取器和分类器的交替训练，使分类边界更加清晰，而后通过额外设计未知类鉴别策略，对已经分为已知类的数据进行未知类鉴别	该类方法有利于模型进一步优化分类器的决策边界，减少目标域中边界样本数量，从而提高模型鲁棒性	模型复杂度和计算成本大幅增加，同时，由于目标域未知类数据的影响，使得分类器难以实现完全对齐
针对分类器的方法	基于一对多网络的方法	使用多个OVA网络代替多类分类器，模型训练后，目标域已知类数据将被分类为对应类别，目标域未知类数据将被分类为多个类别，或者不分类为任一类别	相对于多类分类器，OVA分类器自身具有识别未知类的能力，能够很好适应OSDA场景	多个OVA分类器，大幅提升了模型复杂度；在处理存在较大域偏移数据集时，性能难以保证

方法		基本原理	优点	局限性
针对数据增强的方法	简单数据增强方法	通过找寻源域已知类和目标域未知类数据之间的潜在关系，将源域不同已知类数据的不同组分按照一定方式合成代表未知类的数据，并用于后续模型训练	实现相对简单，可解释性较强，通常不会引入额外的神经网络结构，也不会增加模型复杂度和算力成本	需要源域已知类和目标域未知类数据特征的先验知识，否则很难找到潜在关系，导致合成的数据无法真正代表未知类，由此引发负迁移
针对数据增强的方法	神经网络数据增强方法	通常需要引入GAN等额外的神经网络结构，通过设计具有针对性的策略，引导模型自动生成代表未知类的数据，并用于后续模型训练	神经网络自动学习源域已知类和目标域未知类数据的特征关系，即使对二者先验知识较少，也能实现	引入了额外神经网络，模型复杂度和计算成本增加；生成的未知类数据具有很强随机性，难以确保能很好代表未知类数据，从而导致负迁移
针对特征提取的方法	基于领域分布差异的方法	通常需要通过模型训练先对目标域数据标记伪标签，而后通过减小源域和目标域已知类数据分布差异，同时增大和目标域未知类数据分布差异的方法减小目标域泛化误差	该类方法较为直观，可解释性较强，对不同数据集都有一定的兼容性	对伪标签质量的依赖较强，若伪标签质量较差，则容易产生负迁移；对域偏移较大的数据集效果较差，容易混淆未知类和域偏移部分
	基于对抗学习的方法	通过设定固定阈值或其他策略，对未知类数据进行鉴别，同时引入对抗训练思想，引导特征提取器学习源域数据和目标域已知类数据共有特征实现已知类对齐	能够有效降低源域和目标域已知类数据分布差异，通过对抗训练，能够使模型学习到更加鲁棒的特征表示，以提高模型在目标域上的泛化能力	模型复杂度和计算成本较高；多数基于对抗学习方法都设置了固定阈值，对参数选择较为敏感，不同开放程度的数据集阈值通常不同，需要进行多次实验进行调整选取
	基于语义分析的方法	通常利用不同的聚类算法，提取源域和目标域不同类别数据所蕴含的语义信息，并用于指导模型训练	该类方法综合考虑了源域和目标域数据的语义信息，并以此进一步指导模型特征选择，能够较好提升模型性能	参数过多，计算量过大，计算效率较低；同时，该类方法对数据需求量较大，且对光照和噪声等因素较为敏感
针对分类器的方法	基于对抗学习的方法	通常先将目标域数据全部当成已知类，通过MCD方法进行特征提取器和分类器的交替训练，使分类边界更加清晰，而后通过额外设计未知类鉴别策略，对已经分为已知类的数据进行未知类鉴别	该类方法有利于模型进一步优化分类器的决策边界，减少目标域中边界样本数量，从而提高模型鲁棒性	模型复杂度和计算成本大幅增加，同时，由于目标域未知类数据的影响，使得分类器难以实现完全对齐
针对分类器的方法	基于一对多网络的方法	使用多个OVA网络代替多类分类器，模型训练后，目标域已知类数据将被分类为对应类别，目标域未知类数据将被分类为多个类别，或者不分类为任一类别	相对于多类分类器，OVA分类器自身具有识别未知类的能力，能够很好适应OSDA场景	多个OVA分类器，大幅提升了模型复杂度；在处理存在较大域偏移数据集时，性能难以保证

方法	不同已知类的分类准确率						UNK	OS*	HOS
方法	aeroplane	bicycle	bus	car	horse	knife	UNK	OS*	HOS
DANN^［4］	93.7	80.4	89.7	71.0	92.5	65.2	0.0	82.1	0.0
AMS^［33］	73.1	55.9	67.1	60.8	76.5	3.2	64.4	56.1	59.9
DAMC^［37］	48.2	38.4	15.4	28.6	46.6	9.9	72.1	31.2	43.5
DCC^［45］	75.8	57.7	83.9	68.7	76.3	83.5	32.0	74.3	44.8
文献［49］方法	86.9	58.6	77.2	63.3	86.0	8.8	52.9	63.5	57.7
文献［50］方法	56.0	56.1	69.2	57.8	66.6	28.8	73.9	55.7	63.6

方法	不同已知类的分类准确率						UNK	OS*	HOS
方法	aeroplane	bicycle	bus	car	horse	knife	UNK	OS*	HOS
DANN^［4］	93.7	80.4	89.7	71.0	92.5	65.2	0.0	82.1	0.0
AMS^［33］	73.1	55.9	67.1	60.8	76.5	3.2	64.4	56.1	59.9
DAMC^［37］	48.2	38.4	15.4	28.6	46.6	9.9	72.1	31.2	43.5
DCC^［45］	75.8	57.7	83.9	68.7	76.3	83.5	32.0	74.3	44.8
文献［49］方法	86.9	58.6	77.2	63.3	86.0	8.8	52.9	63.5	57.7
文献［50］方法	56.0	56.1	69.2	57.8	66.6	28.8	73.9	55.7	63.6

方法	是否端到端训练			A-D			A-W			D-A
方法	是否端到端训练			OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS
DANN^［4］	√			94.0	—	—	93.5	—	—	84.6	—	—
AMS^［33］	√			89.3	71.8	79.6	87.3	67.3	76.0	74.9	65.4	69.8
DAMC^［37］	√			19.1	84.0	31.1	25.2	88.9	39.3	21.9	92.3	35.4
DCC^［45］	√			91.3	41.3	56.9	92.3	43.6	59.2	76.2	70.0	73.0
文献［49］方法	×			89.1	52.6	66.2	85.7	43.8	57.9	76.3	52.8	62.4
文献［50］方法	√			88.4	76.2	81.8	81.6	82.0	81.8	58.2	92.6	71.5
方法	D-W			W-A			W-D			Avg
方法	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS
DANN^［4］	100.0	—	—	78.1	—	—	100.0	—	—	91.7	—	—
AMS^［33］	99.3	78.9	88.0	76.8	70.2	73.3	100.0	82.8	90.6	88.0	72.8	79.6
DAMC^［37］	65.0	94.1	76.9	25.1	88.6	39.1	75.3	91.9	82.8	38.6	90.0	50.8
DCC^［45］	100.0	66.0	79.5	72.5	60.8	66.2	100.0	66.0	79.5	88.7	59.5	70.1
文献［49］方法	100.0	34.8	51.7	77.0	49.1	60.0	100.0	46.2	63.2	88.0	46.6	60.2
文献［50］方法	99.2	93.4	96.2	60.6	92.5	73.2	100.0	93.0	96.4	81.3	88.3	83.5

开集域适应综述

Review of open set domain adaptation

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方法	是否端到端训练			Rw-Pr			Rw-Cl			Pr-Rw
方法	是否端到端训练			OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS
OSBP^［9］	√			66.45	54.89	60.12	41.89	58.49	48.82	66.19	60.80	63.38
ROS^［20］	×			66.60	39.52	49.61	43.53	44.10	43.81	63.89	47.23	54.43
DANCE^［46］	√			66.32	57.18	61.41	42.40	67.63	52.12	64.07	64.43	64.25
OMEGA^［47］	√			59.61	77.89	67.53	42.23	69.58	52.56	62.75	73.80	67.83
OVA^［51］	√			67.34	60.23	63.58	35.66	77.59	48.87	63.51	74.00	68.36
方法	Pr-Cl			Cl-Rw			Cl-Pr			Avg
方法	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS	OS*	UNK	HOS
OSBP^［9］	38.03	59.67	46.45	59.47	53.73	56.45	55.56	60.48	57.91	54.60	58.01	55.52
ROS^［20］	41.53	45.05	43.18	58.57	34.42	43.49	51.85	26.42	35.13	54.33	39.46	44.94
DANCE^［46］	46.70	66.27	54.79	57.09	62.14	59.51	51.07	68.50	58.51	54.61	64.36	58.43
OMEGA^［47］	45.81	69.81	55.32	57.35	68.83	62.57	58.49	64.04	61.14	54.37	70.66	61.16
OVA^［51］	32.70	83.73	47.03	51.25	78.39	61.98	46.86	72.30	56.86	49.55	74.37	57.78

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