深度学习的最近历史一直是成就之一：从游戏中的人类胜利到图像分类，语音识别，翻译和其他任务的世界领先表现。但是，这一进展带来了对计算能力的渴望。本文分类了这种依赖性的程度，表明各种应用程序的进展非常依赖于计算能力的增加。推断向前的信仰表明，沿当前线的进步正在经济，技术和环境上迅速变得不可持续。因此，在这些应用程序中的持续进展将需要更大的计算方法，这要么必须从变化到深度学习或转移到其他机器学习方法。
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Traditionally, data analysis and theory have been viewed as separate disciplines, each feeding into fundamentally different types of models. Modern deep learning technology is beginning to unify these two disciplines and will produce a new class of predictively powerful space weather models that combine the physical insights gained by data and theory. We call on NASA to invest in the research and infrastructure necessary for the heliophysics' community to take advantage of these advances.
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ICECUBE是一种用于检测1 GEV和1 PEV之间大气和天体中微子的光学传感器的立方公斤阵列，该阵列已部署1.45 km至2.45 km的南极的冰盖表面以下1.45 km至2.45 km。来自ICE探测器的事件的分类和重建在ICeCube数据分析中起着核心作用。重建和分类事件是一个挑战，这是由于探测器的几何形状，不均匀的散射和冰中光的吸收，并且低于100 GEV的光，每个事件产生的信号光子数量相对较少。为了应对这一挑战，可以将ICECUBE事件表示为点云图形，并将图形神经网络（GNN）作为分类和重建方法。 GNN能够将中微子事件与宇宙射线背景区分开，对不同的中微子事件类型进行分类，并重建沉积的能量，方向和相互作用顶点。基于仿真，我们提供了1-100 GEV能量范围的比较与当前ICECUBE分析中使用的当前最新最大似然技术，包括已知系统不确定性的影响。对于中微子事件分类，与当前的IceCube方法相比，GNN以固定的假阳性速率（FPR）提高了信号效率的18％。另外，GNN在固定信号效率下将FPR的降低超过8（低于半百分比）。对于能源，方向和相互作用顶点的重建，与当前最大似然技术相比，分辨率平均提高了13％-20％。当在GPU上运行时，GNN能够以几乎是2.7 kHz的中位数ICECUBE触发速率的速率处理ICECUBE事件，这打开了在在线搜索瞬态事件中使用低能量中微子的可能性。
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基于概念的黑框模型的解释通常更为直观，让人类理解。基于概念的解释最广泛采用的方法是概念激活向量（CAV）。CAV依靠学习给定模型和概念的某些潜在表示之间的线性关系。线性可分离性通常是隐式假定的，但通常不正确。在这项工作中，我们从基于概念的解释和提出的概念梯度（CG）的最初意图开始，将基于概念的解释扩展到线性概念功能之外。我们表明，对于一般（潜在的非线性）概念，我们可以数学上评估如何影响模型预测的概念的小变化，从而导致基于梯度的解释扩展到概念空间。我们从经验上证明，在玩具示例和现实世界数据集中，CG表现优于CAV。
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本文涉及分割中的伪标记。我们的贡献是四倍。首先，我们提出了伪标签的新表述，作为一种预期最大化（EM）算法，用于清晰的统计解释。其次，我们纯粹基于原始伪标记，即Segpl，提出了一种半监督的医学图像分割方法。我们证明，SEGPL是针对针对2D多级MRI MRI脑肿瘤分段任务和3D二进制CT肺部肺血管分段任务的半监督分割的最新一致性正则方法的竞争方法。与先前方法相比，SEGPL的简单性允许更少的计算成本。第三，我们证明了SEGPL的有效性可能源于其稳健性抵抗分布噪声和对抗性攻击。最后，在EM框架下，我们通过变异推理引入了SEGPL的概率概括，该推论学习了训练期间伪标记的动态阈值。我们表明，具有变异推理的SEGPL可以通过金标准方法深度集合在同步时执行不确定性估计。
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感知视频质量评估（VQA）是许多流和视频共享平台的组成部分。在这里，我们以自我监督的方式考虑学习具有感知相关的视频质量表示的问题。失真类型的识别和降解水平确定被用作辅助任务，以训练一个深度学习模型，该模型包含深度卷积神经网络（CNN），该模型提取了空间特征，以及捕获时间信息的复发单元。该模型是使用对比度损失训练的，因此我们将此训练框架和结果模型称为对比度质量估计器（Conviqt）。在测试过程中，训练有素的模型的权重被冷冻，并且线性回归器将学习的功能映射到No-Reference（NR）设置中的质量得分。我们通过分析模型预测与地面真相质量评级之间的相关性，并与最先进的NR-VQA模型相比，我们对多个VQA数据库进行了全面评估，并实现竞争性能在这些数据库上进行了培训。我们的消融实验表明，学到的表示形式非常强大，并且在合成和现实的扭曲中很好地概括了。我们的结果表明，可以使用自我监督的学习来获得具有感知轴承的引人注目的表示。这项工作中使用的实现已在https://github.com/pavancm/conviqt上提供。
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机器学习方法利用多参数生物标志物，特别是基于神经影像动物，具有改善痴呆早期诊断的巨大潜力，并预测哪些个体存在发展痴呆的风险。对于机器学习领域的基准算法和痴呆症中的神经影像症，并评估他们在临床实践中使用的潜力和临床试验，七年的大挑战已经在过去十年中组织：Miriad，Alzheimer的疾病大数据梦，Caddementia，机器学习挑战，MCI神经影像动物，蝌蚪和预测分析竞争。基于两个挑战评估框架，我们分析了这些大挑战如何互相补充研究问题，数据集，验证方法，结果和影响。七个大挑战解决了与（临床前）痴呆症（临床）痴呆症的筛查，诊断，预测和监测有关的问题。临床问题，任务和性能指标几乎没有重叠。然而，这具有提供对广泛问题的洞察力的优势，它也会限制对挑战的结果的验证。通常，获胜算法执行严格的数据预处理并组合了广泛的输入特征。尽管最先进的表演，但临床上没有挑战评估的大部分方法。为了增加影响，未来的挑战可以更加关注统计分析，对其与高于阿尔茨海默病的临床问题，以及使用超越阿尔茨海默病神经影像疾病的临床问题，以及超越阿尔茨海默病的临床问题。鉴于过去十年中汲取的潜力和经验教训，我们在未来十年及其超越的机器学习和神经影像中的大挑战前景兴奋。
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解释在人类学习中发挥着相当大的作用，特别是在仍然在形成抽象的主要挑战，以及了解世界的关系和因果结构的地区。在这里，我们探索强化学习代理人是否同样可以从解释中受益。我们概述了一系列关系任务，涉及选择一个在一个集合中奇数一个的对象（即，沿许多可能的特征尺寸之一的唯一）。奇数一张任务要求代理在一组对象中的多维关系上推理。我们展示了代理商不会仅从奖励中学习这些任务，但是当它们也培训以生成语言解释对象属性或选择正确或不正确时，实现> 90％的性能。在进一步的实验中，我们展示了预测的解释如何使代理能够从模糊，因果困难的训练中适当地推广，甚至可以学习执行实验干预以识别因果结构。我们表明解释有助于克服代理人来解决简单特征的趋势，并探讨解释的哪些方面使它们成为最有益的。我们的结果表明，从解释中学习是一种强大的原则，可以为培训更强大和一般机器学习系统提供有希望的道路。
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用户生成的内容（UGC）的盲或禁区视频质量评估已成为趋势，具有挑战性，迄今未解决的问题。因此，适用于该内容的准确和高效的视频质量预测因素都需要实现更智能的分析和处理UGC视频的需求。以前的研究表明，自然场景统计和深度学习特征既足以捕获空间扭曲，这有助于UGC视频质量问题的重要方面。然而，这些模型无法对实际应用中预测复杂和不同的UGC视频的质量无能为力或效率低。在这里，我们为UGC含量介绍了一种有效且高效的视频质量模型，我们将我们展示快速准确的视频质量评估员（Rapique），我们展示了与最先进的（SOTA）模型相对表现，而是具有订单-magnitude更快的运行时。 Rapique结合并利用了质量意识的现场统计特征和语义知识的深度卷积功能的优势，使我们能够设计用于视频质量建模的第一通用和有效的空间和时间（时空）带通统计模型。我们对最近的大型UGC视频质量数据库的实验结果表明，Rapique以相当更低的计算费用提供所有数据集的顶级表现。我们希望这项工作促进并激发进一步努力实现潜在的实时和低延迟应用程序的视频质量问题的实际建模。为促进公共用途，在线进行了求助的实施：\ url {https://github.com/vztu/rapique}。
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In this paper we introduce deep Gaussian process (GP) models. Deep GPs are a deep belief network based on Gaussian process mappings. The data is modeled as the output of a multivariate GP. The inputs to that Gaussian process are then governed by another GP. A single layer model is equivalent to a standard GP or the GP latent variable model (GP-LVM). We perform inference in the model by approximate variational marginalization. This results in a strict lower bound on the marginal likelihood of the model which we use for model selection (number of layers and nodes per layer). Deep belief networks are typically applied to relatively large data sets using stochastic gradient descent for optimization. Our fully Bayesian treatment allows for the application of deep models even when data is scarce. Model selection by our variational bound shows that a five layer hierarchy is justified even when modelling a digit data set containing only 150 examples.
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