Models trained via empirical risk minimization (ERM) are known to rely on spurious correlations between labels and task-independent input features, resulting in poor generalization to distributional shifts. Group distributionally robust optimization (G-DRO) can alleviate this problem by minimizing the worst-case loss over a set of pre-defined groups over training data. G-DRO successfully improves performance of the worst-group, where the correlation does not hold. However, G-DRO assumes that the spurious correlations and associated worst groups are known in advance, making it challenging to apply it to new tasks with potentially multiple unknown spurious correlations. We propose AGRO -- Adversarial Group discovery for Distributionally Robust Optimization -- an end-to-end approach that jointly identifies error-prone groups and improves accuracy on them. AGRO equips G-DRO with an adversarial slicing model to find a group assignment for training examples which maximizes worst-case loss over the discovered groups. On the WILDS benchmark, AGRO results in 8% higher model performance on average on known worst-groups, compared to prior group discovery approaches used with G-DRO. AGRO also improves out-of-distribution performance on SST2, QQP, and MS-COCO -- datasets where potential spurious correlations are as yet uncharacterized. Human evaluation of ARGO groups shows that they contain well-defined, yet previously unstudied spurious correlations that lead to model errors.

Standard training via empirical risk minimization (ERM) can produce models that achieve high accuracy on average but low accuracy on certain groups, especially in the presence of spurious correlations between the input and label. Prior approaches that achieve high worst-group accuracy, like group distributionally robust optimization (group DRO) require expensive group annotations for each training point, whereas approaches that do not use such group annotations typically achieve unsatisfactory worst-group accuracy. In this paper, we propose a simple two-stage approach, JTT, that first trains a standard ERM model for several epochs, and then trains a second model that upweights the training examples that the first model misclassified. Intuitively, this upweights examples from groups on which standard ERM models perform poorly, leading to improved worst-group performance. Averaged over four image classification and natural language processing tasks with spurious correlations, JTT closes 75% of the gap in worst-group accuracy between standard ERM and group DRO, while only requiring group annotations on a small validation set in order to tune hyperparameters.

Learning models that gracefully handle distribution shifts is central to research on domain generalization, robust optimization, and fairness. A promising formulation is domain-invariant learning, which identifies the key issue of learning which features are domain-specific versus domaininvariant. An important assumption in this area is that the training examples are partitioned into "domains" or "environments". Our focus is on the more common setting where such partitions are not provided. We propose EIIL, a general framework for domain-invariant learning that incorporates Environment Inference to directly infer partitions that are maximally informative for downstream Invariant Learning. We show that EIIL outperforms invariant learning methods on the CMNIST benchmark without using environment labels, and significantly outperforms ERM on worst-group performance in the Waterbirds and CivilComments datasets. Finally, we establish connections between EIIL and algorithmic fairness, which enables EIIL to improve accuracy and calibration in a fair prediction problem.

Overparameterized neural networks can be highly accurate on average on an i.i.d.test set yet consistently fail on atypical groups of the data (e.g., by learning spurious correlations that hold on average but not in such groups). Distributionally robust optimization (DRO) allows us to learn models that instead minimize the worst-case training loss over a set of pre-defined groups. However, we find that naively applying group DRO to overparameterized neural networks fails: these models can perfectly fit the training data, and any model with vanishing average training loss also already has vanishing worst-case training loss. Instead, the poor worst-case performance arises from poor generalization on some groups. By coupling group DRO models with increased regularization-a stronger-than-typical 2 penalty or early stopping-we achieve substantially higher worst-group accuracies, with 10-40 percentage point improvements on a natural language inference task and two image tasks, while maintaining high average accuracies. Our results suggest that regularization is important for worst-group generalization in the overparameterized regime, even if it is not needed for average generalization. Finally, we introduce a stochastic optimization algorithm, with convergence guarantees, to efficiently train group DRO models.

虽然神经网络在平均病例的性能方面对分类任务的成功显着，但它们通常无法在某些数据组上表现良好。这样的组信息可能是昂贵的;因此，即使在培训数据不可用的组标签不可用，较稳健性和公平的最新作品也提出了改善最差组性能的方法。然而，这些方法通常在培训时间使用集团信息的表现不佳。在这项工作中，我们假设没有组标签的较大数据集一起访问少量组标签。我们提出了一个简单的两步框架，利用这个部分组信息来提高最差组性能：训练模型以预测训练数据的丢失组标签，然后在强大的优化目标中使用这些预测的组标签。从理论上讲，我们在最差的组性能方面为我们的方法提供泛化界限，展示了泛化误差如何相对于培训点总数和具有组标签的培训点的数量。凭经验，我们的方法优于不使用群组信息的基线表达，即使只有1-33％的积分都有组标签。我们提供消融研究，以支持我们框架的稳健性和可扩展性。

尽管无偏见的机器学习模型对于许多应用程序至关重要，但偏见是一个人为定义的概念，可以在任务中有所不同。只有输入标签对，算法可能缺乏足够的信息来区分稳定（因果）特征和不稳定（虚假）特征。但是，相关任务通常具有类似的偏见 - 我们可以利用在转移环境中开发稳定的分类器的观察结果。在这项工作中，我们明确通知目标分类器有关源任务中不稳定功能的信息。具体而言，我们得出一个表示，该表示通过对比源任务中的不同数据环境来编码不稳定的功能。我们通过根据此表示形式将目标任务的数据聚类来实现鲁棒性，并最大程度地降低这些集群中最坏情况的风险。我们对文本和图像分类进行评估。经验结果表明，我们的算法能够在合成生成的环境和现实环境的目标任务上保持鲁棒性。我们的代码可在https://github.com/yujiabao/tofu上找到。

在偏置数据集中培训时，分类器会偏差。作为一种补救措施，我们建议学习分裂（LS），这是一种用于自动偏置检测的算法。给定一个具有输入标签对的数据集，LS学会了将该数据集分开，以便在训练分训练上训练的预测因素不能推广到测试分配。该性能差距表明，数据集中的测试拆分代表性不足，这是潜在偏差的信号。识别不可替代的分裂是具有挑战性的，因为我们对偏见没有注释。在这项工作中，我们表明，测试拆分中每个示例的预测正确性可以用作弱监督的来源：如果我们移动正确预测的示例，将概括性能下降错误预测。 LS是任务不合时宜的，可以应用于任何监督的学习问题，从自然语言理解和图像分类到分子财产预测。经验结果表明，LS能够产生与人类识别偏见相关的惊人挑战分裂。此外，我们证明，将强大的学习算法（例如群DRO）与LS启用自动偏差确定的拆分相结合。与以前的最先进相比，当训练和验证过程中偏见的来源未知时，我们显着提高了最差的组绩效（平均为23.4％）。

学习不变表示是在数据集中虚假相关驱动的机器学习模型时的重要要求。这些杂散相关性，在输入样本和目标标签之间，错误地指导了神经网络预测，导致某些组的性能差，尤其是少数群体。针对这些虚假相关性的强大培训需要每个样本的组成员资格。这种要求在少数群体或稀有群体的数据标签努力的情况下是显着费力的，或者包括数据集的个人选择隐藏敏感信息的情况。另一方面，存在这种数据收集的存在力度导致包含部分标记的组信息的数据集。最近的作品解决了完全无监督的场景，没有用于组的标签。因此，我们的目标是通过解决更现实的设置来填补文献中的缺失差距，这可以在培训期间利用部分可用的敏感或群体信息。首先，我们构造一个约束集并导出组分配所属的高概率绑定到该集合。其次，我们提出了一种从约束集中优化了优化最严格的组分配的算法。通过对图像和表格数据集的实验，我们显示少数集团的性能的改进，同时在跨组中保持整体汇总精度。

接受经验风险最小化（ERM）训练的机器学习模型的预测性能可以大大降解分配变化。在训练数据集中存在虚假相关性的存在导致ERM训练的模型在对不存在此类相关性的少数群体评估时表现出很高的损失。已经进行了广泛的尝试来开发改善最差的鲁棒性的方法。但是，他们需要每个培训输入的组信息，或者至少需要一个带有组标签的验证设置来调整其超参数，这可能是昂贵的或未知的。在本文中，我们应对在培训或验证期间没有小组注释的情况下提高组鲁棒性的挑战。为此，我们建议根据``识别''模型提取的特征的革兰氏集矩阵将训练数据集分为组，并根据这些伪组应用强大的优化。在不可用的小组标签的现实情况下，我们的实验表明，我们的方法不仅可以改善对ERM的稳健性，而且还优于所有最近的基线

虽然大型审计的基础模型（FMS）对数据集级别的分布变化显示出显着的零击分类鲁棒性，但它们对亚群或组移动的稳健性相对却相对不受欢迎。我们研究了这个问题，并发现诸如剪辑之类的FMS可能对各种群体转移可能不健壮。在9个稳健性基准中，其嵌入式分类零射击分类导致平均和最差组精度之间的差距高达80.7个百分点（PP）。不幸的是，现有的改善鲁棒性的方法需要重新培训，这在大型基础模型上可能非常昂贵。我们还发现，改善模型推理的有效方法（例如，通过适配器，具有FM嵌入式作为输入的轻量级网络）不会持续改进，有时与零击相比会伤害组鲁棒性（例如，将精度差距提高到50.1 pp on 50.1 pp on On on 50.1 pp on Celeba）。因此，我们制定了一种适配器培训策略，以有效有效地改善FM组的鲁棒性。我们激励的观察是，尽管同一阶级中的群体中较差的鲁棒性在基础模型“嵌入空间”中分开，但标准适配器训练可能不会使这些要点更加紧密。因此，我们提出了对比度的适应，该适应器会通过对比度学习进行训练适配器，以使样品嵌入在同一类中的地面真相类嵌入和其他样品嵌入。在整个9个基准测试中，我们的方法始终提高组鲁棒性，使最差的组精度提高了8.5至56.0 pp。我们的方法也是有效的，这样做的方法也没有任何FM芬太尼，只有一组固定的冷冻FM嵌入。在水鸟和Celeba等基准上，这导致最差的组精度可与最先进的方法相媲美，而最先进的方法可以重新训练整个模型，而仅训练$ \ leq $ 1％的模型参数。

机器学习算法通常假设培训和测试示例是从相同的分布中汲取的。然而，分发转移是现实世界应用中的常见问题，并且可以在测试时间造成模型急剧执行。在本文中，我们特别考虑域移位和亚泊素班次的问题（例如，不平衡数据）。虽然先前的作品通常会寻求明确地将模型的内部表示和预测器进行明确，以成为域不变的，但我们旨在规范整个功能而不限制模型的内部表示。这导致了一种简单的基于混合技术，它通过名为LISA的选择性增强来学习不变函数。 Lisa选择性地用相同的标签而单独地插值样本，但不同的域或具有相同的域但不同的标签。我们分析了线性设置，从理论上展示了LISA如何导致较小的最差组错误。凭经验，我们研究了LISA对从亚本化转变到域移位的九个基准的有效性，我们发现LISA一直以其他最先进的方法表达。

域泛化（DG）方法旨在开发概括到测试分布与训练数据不同的设置的模型。在本文中，我们专注于多源零拍DG的挑战性问题，其中来自多个源域的标记训练数据可用，但无法从目标域中访问数据。虽然这个问题已成为研究的重要话题，但令人惊讶的是，将所有源数据汇集在一起​​和培训单个分类器的简单解决方案在标准基准中具有竞争力。更重要的是，即使在不同域中明确地优化不变性的复杂方法也不一定提供对ERM的非微不足道的增益。在本文中，我们首次研究了预先指定的域标签和泛化性能之间的重要链接。使用动机案例研究和分布稳健优化算法的新变种，我们首先演示了如何推断的自定义域组可以通过数据集的原始域标签来实现一致的改进。随后，我们介绍了一种用于多域泛化，Muldens的一般方法，它使用基于ERM的深度合并骨干，并通过元优化算法执行隐式域重标。使用对多个标准基准测试的经验研究，我们表明Muldens不需要定制增强策略或特定于数据集的培训过程，始终如一地优于ERM，通过显着的边距，即使在比较时也会产生最先进的泛化性能对于利用域标签的现有方法。

在易于优化和强大的分布（OOD）概括之间通常存在困境。例如，许多OOD方法依赖于优化具有挑战性的罚款术语。他们要么太强大，无法可靠地优化，要么太虚弱而无法实现目标。我们建议用丰富的表示，其中包含一个潜在有用功能的调色板初始化网络，即使是简单的模型也可以使用。一方面，丰富的表示为优化器提供了良好的初始化。另一方面，它还提供了有助于OOD概括的电感偏差。这种表示形式是由丰富的功能构建（RFC）算法（也称为盆景算法）构建的，该算法由一系列培训情节组成。在发现剧集中，我们以防止网络使用以前迭代中构建的功能的方式制作了多目标优化标准及其相关数据集。在合成事件中，我们使用知识蒸馏来迫使网络同时代表所有先前发现的特征。用盆景表示的网络初始化，始终有助于六种OOD方法在ColoredMnist基准上实现最佳性能。相同的技术在Wilds Camelyon17任务上大大优于可比较的结果，消除了困扰其他方法的高结果差异，并使超参数调谐和模型选择更加可靠。

State-of-the-art computer vision systems are trained to predict a fixed set of predetermined object categories. This restricted form of supervision limits their generality and usability since additional labeled data is needed to specify any other visual concept. Learning directly from raw text about images is a promising alternative which leverages a much broader source of supervision. We demonstrate that the simple pre-training task of predicting which caption goes with which image is an efficient and scalable way to learn SOTA image representations from scratch on a dataset of 400 million (image, text) pairs collected from the internet. After pre-training, natural language is used to reference learned visual concepts (or describe new ones) enabling zero-shot transfer of the model to downstream tasks. We study the performance of this approach by benchmarking on over 30 different existing computer vision datasets, spanning tasks such as OCR, action recognition in videos, geo-localization, and many types of fine-grained object classification. The model transfers non-trivially to most tasks and is often competitive with a fully supervised baseline without the need for any dataset specific training. For instance, we match the accuracy of the original ResNet-50 on ImageNet zero-shot without needing to use any of the 1.28 million training examples it was trained on. We release our code and pre-trained model weights at https://github.com/OpenAI/CLIP.

机器学习模型通常使用诸如“依靠人的存在来检测网球拍”的虚假模式，这不概括。在这项工作中，我们介绍了一个端到端的管道，用于识别和减轻图像分类器的虚假模式。我们首先找到“模型对网球拍预测的模式，如果我们隐藏人民的时间似的63％。”然后，如果模式是虚幻的，我们通过新颖的数据增强来减轻它。我们展示了这种方法识别了一种多样化的杂散模式，并且它通过产生一个模型来减轻它们，这些模型在虚假图案对虚假模式对分布偏移不有用和更鲁棒的分布上进行更准确。

在许多现实世界中的机器学习应用中，亚种群的转移存在着极大地存在，指的是包含相同亚种群组的培训和测试分布，但在亚种群频率中有所不同。重要性重新加权是通过对训练数据集中每个样本施加恒定或自适应抽样权重来处理亚种群转移问题的正常方法。但是，最近的一些研究已经认识到，这些方法中的大多数无法改善性能，而不是经验风险最小化，尤其是当应用于过度参数化的神经网络时。在这项工作中，我们提出了一个简单而实用的框架，称为“不确定性感知混合”（UMIX），以根据样品不确定性重新加权“混合”样品来减轻过度参数化模型中的过度拟合问题。基于训练 - 注射器的不确定性估计为每个样品的拟议UMIX配备，以灵活地表征亚群分布。我们还提供有见地的理论分析，以验证UMIX是否在先前的工作中实现了更好的概括界限。此外，我们在广泛的任务上进行了广泛的经验研究，以验证我们方法的有效性，既有定性和定量。

The goal of domain generalization algorithms is to predict well on distributions different from those seen during training. While a myriad of domain generalization algorithms exist, inconsistencies in experimental conditions-datasets, architectures, and model selection criteria-render fair and realistic comparisons difficult. In this paper, we are interested in understanding how useful domain generalization algorithms are in realistic settings. As a first step, we realize that model selection is non-trivial for domain generalization tasks. Contrary to prior work, we argue that domain generalization algorithms without a model selection strategy should be regarded as incomplete. Next, we implement DOMAINBED, a testbed for domain generalization including seven multi-domain datasets, nine baseline algorithms, and three model selection criteria. We conduct extensive experiments using DO-MAINBED and find that, when carefully implemented, empirical risk minimization shows state-of-the-art performance across all datasets. Looking forward, we hope that the release of DOMAINBED, along with contributions from fellow researchers, will streamline reproducible and rigorous research in domain generalization. * Alphabetical order, equal contribution.Preprint. Under review.

许多数据集被指定：给定任务存在多个同样可行的解决方案。对于学习单个假设的方法，指定的指定可能是有问题的，因为实现低训练损失的不同功能可以集中在不同的预测特征上，从而在分布数据的数据上产生明显变化的预测。我们提出了Divdis，这是一个简单的两阶段框架，首先通过利用测试分布中的未标记数据来学习多种假设，以实现任务。然后，我们通过使用其他标签的形式或检查功能可视化的形式选择最小的其他监督来选择一个发现的假设之一来消除歧义。我们证明了Divdis找到在图像分类中使用强大特征的假设和自然语言处理问题的能力。

我们介绍了几个新的数据集即想象的A / O和Imagenet-R以及合成环境和测试套件，我们称为CAOS。 Imagenet-A / O允许研究人员专注于想象成剩余的盲点。由于追踪稳健的表示，以特殊创建了ImageNet-R，因为表示不再简单地自然，而是包括艺术和其他演绎。 Caos Suite由Carla Simulator构建，允许包含异常物体，可以创建可重复的合成环境和用于测试稳健性的场景。所有数据集都是为测试鲁棒性和衡量鲁棒性的衡量进展而创建的。数据集已用于各种其他作品中，以衡量其具有鲁棒性的自身进步，并允许切向进展，这些进展不会完全关注自然准确性。鉴于这些数据集，我们创建了几种旨在推进鲁棒性研究的新方法。我们以最大Logit的形式和典型程度的形式构建简单的基线，并以深度的形式创建新的数据增强方法，从而提高上述基准。最大Logit考虑Logit值而不是SoftMax操作后的值，而微小的变化会产生明显的改进。典型程分将输出分布与类的后部分布进行比较。我们表明，除了分段任务之外，这将提高对基线的性能。猜测可能在像素级别，像素的语义信息比类级信息的语义信息不太有意义。最后，新的Deepaulment的新增强技术利用神经网络在彻底不同于先前使用的传统几何和相机的转换的图像上创建增强。

分发班次的稳健性对于部署现实世界中的机器学习模型至关重要。尽管如此必要的，但在定义导致这些变化的潜在机制以及评估跨多个不同的分发班次的稳健性的潜在机制很少。为此，我们介绍了一种框架，可实现各种分布换档的细粒度分析。我们通过评估在合成和现实世界数据集中分为五个类别的19个不同的方法来提供对当前最先进的方法的整体分析。总的来说，我们训练超过85架模型。我们的实验框架可以很容易地扩展到包括新方法，班次和数据集。我们发现，与以前的工作〜\ citep {gulrajani20}不同，该进度已经通过标准的ERM基线进行;特别是，在许多情况下，预先训练和增强（学习或启发式）提供了大的收益。但是，最好的方法在不同的数据集和班次上不一致。