We develop BatchBALD, a tractable approximation to the mutual information between a batch of points and model parameters, which we use as an acquisition function to select multiple informative points jointly for the task of deep Bayesian active learning. BatchBALD is a greedy linear-time 1 − 1 /e-approximate algorithm amenable to dynamic programming and efficient caching. We compare BatchBALD to the commonly used approach for batch data acquisition and find that the current approach acquires similar and redundant points, sometimes performing worse than randomly acquiring data. We finish by showing that, using BatchBALD to consider dependencies within an acquisition batch, we achieve new state of the art performance on standard benchmarks, providing substantial data efficiency improvements in batch acquisition.

主动学习在许多领域中展示了数据效率。现有的主动学习算法，特别是在深贝叶斯活动模型的背景下，严重依赖模型的不确定性估计的质量。然而，这种不确定性估计可能会严重偏见，特别是有限和不平衡的培训数据。在本文中，我们建议平衡，贝叶斯深度活跃的学习框架，减轻这种偏差的影响。具体地，平衡采用了一种新的采集功能，该函数利用了等效假设类别捕获的结构，并促进了不同的等价类别之间的分化。直观地，每个等价类包括具有类似预测的深层模型的实例化，并且平衡适应地将等同类的大小调整为学习进展。除了完整顺序设置之外，我们还提出批量平衡 - 顺序算法的泛化算法到批量设置 - 有效地选择批次的培训实施例，这些培训实施例是对模型改进的联合有效的培训实施例。我们展示批量平衡在多个基准数据集上实现了最先进的性能，用于主动学习，并且这两个算法都可以有效地处理通常涉及多级和不平衡数据的逼真挑战。

在Mackay（1992）上展开，我们认为，用于主动学习的基于模式的方法 - 类似的基于模型 - 如秃顶 - 具有基本的缺点：它们未直接解释输入变量的测试时间分布。这可以导致采集策略中的病理，因为模型参数的最大信息是最大信息，可能不是最大地信息，例如，当池集中的数据比最终预测任务的数据更大时，或者池和试验样品的分布不同。为了纠正这一点，我们重新审视了基于最大化关于可能的未来预测的预期信息的收购策略，参考这是预期的预测信息增益（EPIG）。由于EPIG对批量采集不扩展，我们进一步检查了替代策略，秃头和EPIG之间的混合，我们称之为联合预测信息增益（Jepig）。我们考虑在各种数据集中使用贝叶斯神经网络的主动学习，检查池集中分布班下的行为。

Even though active learning forms an important pillar of machine learning, deep learning tools are not prevalent within it. Deep learning poses several difficulties when used in an active learning setting. First, active learning (AL) methods generally rely on being able to learn and update models from small amounts of data. Recent advances in deep learning, on the other hand, are notorious for their dependence on large amounts of data. Second, many AL acquisition functions rely on model uncertainty, yet deep learning methods rarely represent such model uncertainty. In this paper we combine recent advances in Bayesian deep learning into the active learning framework in a practical way. We develop an active learning framework for high dimensional data, a task which has been extremely challenging so far, with very sparse existing literature. Taking advantage of specialised models such as Bayesian convolutional neural networks, we demonstrate our active learning techniques with image data, obtaining a significant improvement on existing active learning approaches. We demonstrate this on both the MNIST dataset, as well as for skin cancer diagnosis from lesion images (ISIC2016 task).

实际符号可以传达有价值的直觉并简明扼要地表达新的想法。信息理论对机器学习具有重要性，但信息理论量的符号有时是不透明的。我们提出了一种实用和统一的符号，并将其扩展到包括观察结果（事件）和随机变量之间的信息 - 理论量。这包括在NLP中已知的点亮相互信息，以及在贝叶斯最佳实验设计中的认知科学和信息增益中的特定惊喜和特定信息，如特定的惊喜和特定信息。我们应用了我们的符号来证明使用新的直觉来证明Macka（2003）提到的二项式系数的次要系数的近似值。我们还简明地重新改造了变形自动编码器和大约贝叶斯神经网络中的变差推断的证据。此外，我们将符号应用于贝叶斯主动学习中的流行信息 - 理论采集函数，它选择由专家标记的最具信息性（未标记的）样本，并将此采集功能扩展到核心设置的问题，目标是选择给定标签的大多数信息样本。

Acquiring labeled data is challenging in many machine learning applications with limited budgets. Active learning gives a procedure to select the most informative data points and improve data efficiency by reducing the cost of labeling. The info-max learning principle maximizing mutual information such as BALD has been successful and widely adapted in various active learning applications. However, this pool-based specific objective inherently introduces a redundant selection and further requires a high computational cost for batch selection. In this paper, we design and propose a new uncertainty measure, Balanced Entropy Acquisition (BalEntAcq), which captures the information balance between the uncertainty of underlying softmax probability and the label variable. To do this, we approximate each marginal distribution by Beta distribution. Beta approximation enables us to formulate BalEntAcq as a ratio between an augmented entropy and the marginalized joint entropy. The closed-form expression of BalEntAcq facilitates parallelization by estimating two parameters in each marginal Beta distribution. BalEntAcq is a purely standalone measure without requiring any relational computations with other data points. Nevertheless, BalEntAcq captures a well-diversified selection near the decision boundary with a margin, unlike other existing uncertainty measures such as BALD, Entropy, or Mean Standard Deviation (MeanSD). Finally, we demonstrate that our balanced entropy learning principle with BalEntAcq consistently outperforms well-known linearly scalable active learning methods, including a recently proposed PowerBALD, a simple but diversified version of BALD, by showing experimental results obtained from MNIST, CIFAR-100, SVHN, and TinyImageNet datasets.

主动学习是减少训练深神经网络模型中数据量的流行方法。它的成功取决于选择有效的采集函数，该功能尚未根据其预期的信息进行排名。在不确定性抽样中，当前模型具有关于点类标签的不确定性是这种类型排名的主要标准。本文提出了一种在培训卷积神经网络（CNN）中进行不确定性采样的新方法。主要思想是使用CNN提取提取的特征表示作为培训总产品网络（SPN）的数据。由于SPN通常用于估计数据集的分布，因此它们非常适合估算类概率的任务，这些概率可以直接由标准采集函数（例如最大熵和变异比率）使用。此外，我们通过在SPN模型的帮助下通过权重增强了这些采集函数。这些权重使采集功能对数据点的可疑类标签的多样性更加敏感。我们的方法的有效性在对MNIST，时尚持续和CIFAR-10数据集的实验研究中得到了证明，我们将其与最先进的方法MC辍学和贝叶斯批次进行了比较。

预测和模型参数之间的相互信息（也称为预期信息获得或机器学习中的秃头）来衡量信息性。这是贝叶斯活跃学习和贝叶斯最佳实验设计中流行的采集功能。在数据子集选择中，即主动学习和主动采样，最近的几项作品使用Fisher信息，Hessians，基于梯度的相似性矩阵，或者仅仅是梯度长度，以计算指导样本选择的采集分数。这些不同的方法是否连接在一起，如果是这样？在本文中，我们重新访问Fisher信息，并使用它来展示如何将几种不同的不同方法连接为信息理论量的近似值。

估算高维观测数据的个性化治疗效果在实验设计不可行，不道德或昂贵的情况下是必不可少的。现有方法依赖于拟合对治疗和控制人群的结果的深层模型。然而，当测量单独的结果是昂贵的时，就像肿瘤活检一样，需要一种用于获取每种结果的样本有效的策略。深度贝叶斯主动学习通过选择具有高不确定性的点来提供高效数据采集的框架。然而，现有方法偏置训练数据获取对处理和控制群体之间的非重叠支持区域。这些不是样本效率，因为在这些区域中不可识别治疗效果。我们介绍了因果关系，贝叶斯采集函数接地的信息理论，使数据采集朝向具有重叠支持的地区，以最大限度地提高学习个性化治疗效果的采样效率。我们展示了拟议的综合和半合成数据集IHDP和CMNIST上提出的收购策略及其扩展的表现，旨在模拟常见的数据集偏差和病理学。

在主动学习中，训练数据集的大小和复杂性随时间而变化。随着更多要点，由主动学习开始时可用的数据量良好的简单模型可能会受到偏见的影响。可能非常适合于完整数据集的灵活模型可能会在积极学习开始时受到过度装备。我们使用深度不确定性网络（DUNS）来解决这个问题，其中一个BNN变体，其中网络的深度以及其复杂性。我们发现DUNS在几个活跃的学习任务上表现出其他BNN变体。重要的是，我们表明，在DUNs表现最佳的任务上，它们呈现出比基线的显着不太容易。

Active learning enables efficient model training by leveraging interactions between machine learning agents and human annotators. We study and propose a novel framework that formulates batch active learning from the sparse approximation's perspective. Our active learning method aims to find an informative subset from the unlabeled data pool such that the corresponding training loss function approximates its full data pool counterpart. We realize the framework as sparsity-constrained discontinuous optimization problems, which explicitly balance uncertainty and representation for large-scale applications and could be solved by greedy or proximal iterative hard thresholding algorithms. The proposed method can adapt to various settings, including both Bayesian and non-Bayesian neural networks. Numerical experiments show that our work achieves competitive performance across different settings with lower computational complexity.

通过选择最具信息丰富的样本，已证明主动学习可用于最小化标记成本。但是，现有的主动学习方法在诸如不平衡或稀有类别的现实方案中不适用于未标记集中的分发数据和冗余。在这项工作中，我们提出了类似的（基于子模块信息措施的主动学习），使用最近提出的子模块信息措施（SIM）作为采集函数的统一主动学习框架。我们认为类似的不仅在标准的主动学习中工作，而且还可以轻松扩展到上面考虑的现实设置，并充当活动学习的一站式解决方案，可以扩展到大型真实世界数据集。凭经验，我们表明，在罕见的课程的情况下，在罕见的阶级和〜5％ - 10％的情况下，在罕见的几个图像分类任务的情况下，相似显着优异的活动学习算法像CiFar-10，Mnist和Imagenet。类似于Distil Toolkit的一部分：“https://github.com/decile-team/distil”。

由于数据有限和非识别性，观察性和介入数据的因果发现是具有挑战性的：在估计基本结构因果模型（SCM）时引入不确定性的因素。基于这两个因素引起的不确定性选择实验（干预措施）可以加快SCM的识别。来自有限数据的因果发现实验设计中的现有方法要么依赖于SCM的线性假设，要么仅选择干预目标。这项工作将贝叶斯因果发现的最新进展纳入了贝叶斯最佳实验设计框架中，从而使大型非线性SCM的积极因果发现同时选择了介入目标和值。我们证明了对线性和非线性SCM的合成图（ERDOS-R \'enyi，breetr cable）以及在\ emph {intiLico}单细胞基因调节网络数据集的\ emph {inyeare scms的性能。

收购用于监督学习的标签可能很昂贵。为了提高神经网络回归的样本效率，我们研究了活跃的学习方法，这些方法可以适应地选择未标记的数据进行标记。我们提出了一个框架，用于从（与网络相关的）基础内核，内核转换和选择方法中构造此类方法。我们的框架涵盖了许多基于神经网络的高斯过程近似以及非乘式方法的现有贝叶斯方法。此外，我们建议用草图的有限宽度神经切线核代替常用的最后层特征，并将它们与一种新型的聚类方法结合在一起。为了评估不同的方法，我们引入了一个由15个大型表格回归数据集组成的开源基准。我们所提出的方法的表现优于我们的基准测试上的最新方法，缩放到大数据集，并在不调整网络体系结构或培训代码的情况下开箱即用。我们提供开源代码，包括所有内核，内核转换和选择方法的有效实现，并可用于复制我们的结果。

我们提出了一种新方法，用于近似于基于假设标记的候选数据点进行重新培训的主动学习获取策略。尽管这通常与深层网络不可行，但我们使用神经切线内核来近似重新进行重新培训的结果，并证明该近似值即使在主动学习设置中也无效 - 近似于“ look-aead abead”选择标准，所需的计算要少得多。 。这也使我们能够进行顺序的主动学习，即在流态中更新模型，而无需在添加每个新数据点后使用SGD重新训练模型。此外，我们的查询策略可以更好地理解模型的预测将如何通过与标准（“近视”）标准相比，通过大幅度击败其他查看策略，并获得相等或更好的性能，并取得了相等或更好的性能。基于池的主动学习中的几个基准数据集上的最新方法。

现代深度学习方法构成了令人难以置信的强大工具，以解决无数的挑战问题。然而，由于深度学习方法作为黑匣子运作，因此与其预测相关的不确定性往往是挑战量化。贝叶斯统计数据提供了一种形式主义来理解和量化与深度神经网络预测相关的不确定性。本教程概述了相关文献和完整的工具集，用于设计，实施，列车，使用和评估贝叶斯神经网络，即使用贝叶斯方法培训的随机人工神经网络。

标记数据可以是昂贵的任务，因为它通常由域专家手动执行。对于深度学习而言，这是繁琐的，因为它取决于大型标记的数据集。主动学习（AL）是一种范式，旨在通过仅使用二手车型认为最具信息丰富的数据来减少标签努力。在文本分类设置中，在AL上完成了很少的研究，旁边没有涉及最近的最先进的自然语言处理（NLP）模型。在这里，我们介绍了一个实证研究，可以将基于不确定性的基于不确定性的算法与Bert $ _ {base} $相比，作为使用的分类器。我们评估两个NLP分类数据集的算法：斯坦福情绪树木银行和kvk-Front页面。此外，我们探讨了旨在解决不确定性的al的预定问题的启发式;即，它是不可规范的，并且易于选择异常值。此外，我们探讨了查询池大小对al的性能的影响。虽然发现，AL的拟议启发式没有提高AL的表现;我们的结果表明，使用BERT $ _ {Base} $概率使用不确定性的AL。随着查询池大小变大，性能的这种差异可以减少。

我们介绍了Goldilocks Selection，这是一种用于更快的模型训练的技术，该技术选择了一系列“恰到好处”的训练点。我们提出了一个信息理论采集函数 - 可还原验证损失 - 并使用小的代理模型-GoldiProx进行计算，以有效地选择培训点，以最大程度地提高有关验证集的信息。我们表明，通常在优化文献中选择的“硬”（例如高损失）点通常是嘈杂的，而“简单”（例如低噪声）样本通常优先考虑课程学习提供更少的信息。此外，具有不确定标签的点（通常是由主动学习的目标）往往与任务相关。相比之下，Goldilocks选择选择了“恰到好处”的点，并且从经验上优于上述方法。此外，选定的序列可以转移到其他体系结构。从业者可以共享并重复使用它，而无需重新创建它。

在这项工作中，我们使用变分推论来量化无线电星系分类的深度学习模型预测的不确定性程度。我们表明，当标记无线电星系时，个体测试样本的模型后差水平与人类不确定性相关。我们探讨了各种不同重量前沿的模型性能和不确定性校准，并表明稀疏事先产生更良好的校准不确定性估计。使用单个重量的后部分布，我们表明我们可以通过从最低信噪比（SNR）中除去权重来修剪30％的完全连接的层权重，而无需显着损失性能。我们证明，可以使用基于Fisher信息的排名来实现更大程度的修剪，但我们注意到两种修剪方法都会影响Failaroff-Riley I型和II型无线电星系的不确定性校准。最后，我们表明，与此领域的其他工作相比，我们经历了冷的后效，因此后部必须缩小后加权以实现良好的预测性能。我们检查是否调整成本函数以适应模型拼盘可以弥补此效果，但发现它不会产生显着差异。我们还研究了原则数据增强的效果，并发现这改善了基线，而且还没有弥补观察到的效果。我们将其解释为寒冷的后效，因为我们的培训样本过于有效的策划导致可能性拼盘，并将其提高到未来无线电银行分类的潜在问题。

对网络规模数据进行培训可能需要几个月的时间。但是，在已经学习或不可学习的冗余和嘈杂点上浪费了很多计算和时间。为了加速训练，我们引入了可减少的持有损失选择（Rho-loss），这是一种简单但原则上的技术，它大致选择了这些训练点，最大程度地减少了模型的概括损失。结果，Rho-loss减轻了现有数据选择方法的弱点：优化文献中的技术通常选择“硬损失”（例如，高损失），但是这种点通常是嘈杂的（不可学习）或更少的任务与任务相关。相反，课程学习优先考虑“简单”的积分，但是一旦学习，就不必对这些要点进行培训。相比之下，Rho-Loss选择了可以学习的点，值得学习的，尚未学习。与先前的艺术相比，Rho-loss火车的步骤要少得多，可以提高准确性，并加快对广泛的数据集，超参数和体系结构（MLP，CNNS和BERT）的培训。在大型Web绑带图像数据集服装1M上，与统一的数据改组相比，步骤少18倍，最终精度的速度少2％。