Unsupervised Domain Adaptation for Binary Classification with an Unobservable Source Subpopulation

arXiv stat.ML / 4/14/2026

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Key Points

  • 本論文は、バイナリ分類のための教師なしドメイン適応を扱い、ラベルYと背景(環境)Aで定義されるソースのサブポピュレーションのうち一つが「観測不能」になっている難設定を研究している。
  • 観測不能なサブ集団を単に無視すると推定がバイアスを持ち、ターゲットでの予測性能が低下し得ることを示しつつ、構造化された欠測(unobservable source subpopulation)下でもターゲット予測を回復できると理論的に示している。
  • ターゲット領域に対して背景別モデルと全体モデルの双方を厳密に導出し、サブポピュレーション比率推定には分布一致(distribution matching)手法を提案している。
  • 推定量の漸近挙動に関する理論保証や予測誤差の上界を与え、合成データと実データの実験で、観測不能サブ集団を考慮しないナイーブなベースラインを上回ることを報告している。

Abstract

We study an unsupervised domain adaptation problem where the source domain consists of subpopulations defined by the binary label Y and a binary background (or environment) A. We focus on a challenging setting in which one such subpopulation in the source domain is unobservable. Naively ignoring this unobserved group can result in biased estimates and degraded predictive performance. Despite this structured missingness, we show that the prediction in the target domain can still be recovered. Specifically, we rigorously derive both background-specific and overall prediction models for the target domain. For practical implementation, we propose the distribution matching method to estimate the subpopulation proportions. We provide theoretical guarantees for the asymptotic behavior of our estimator, and establish an upper bound on the prediction error. Experiments on both synthetic and real-world datasets show that our method outperforms the naive benchmark that does not account for this unobservable source subpopulation.

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