我们研究深度神经网络中不同的输出层如何学习并忘记在持续的学习环境中。以下三个因素可能会影响输出层中的灾难性忘记：（1）权重修改，（2）干扰和（3）投影漂移。在本文中，我们的目标是提供更多关于如何改变输出层可以解决（1）和（2）的洞察。在几个连续学习情景中提出并评估了这些问题的一些潜在解决方案。我们表明，最佳执行类型的输出层取决于数据分布漂移和/或可用数据量。特别地，在某些情况下，在某些情况下，标准线性层将失败，结果改变参数化是足够的，以便实现显着更好的性能，从而引入持续学习算法，而是使用标准SGD训练模型。我们的分析和结果在连续学习场景中输出层动态的阐明，并表明了一种选择给定场景的最佳输出层的方法。

已知应用于任务序列的标准梯度下降算法可在深层神经网络中产生灾难性遗忘。当对序列中的新任务进行培训时，该模型会在当前任务上更新其参数，从而忘记过去的知识。本文探讨了我们在有限环境中扩展任务数量的方案。这些方案由与重复数据的长期任务组成。我们表明，在这种情况下，随机梯度下降可以学习，进步并融合到根据现有文献需要持续学习算法的解决方案。换句话说，我们表明该模型在没有特定的记忆机制的情况下执行知识保留和积累。我们提出了一个新的实验框架，即Scole（缩放量表），以研究在潜在无限序列中的知识保留和算法的积累。为了探索此设置，我们对1,000个任务的序列进行了大量实验，以更好地了解这种新的设置家庭。我们还提出了对香草随机梯度下降的轻微修改，以促进这种情况下的持续学习。 SCOLE框架代表了对实用训练环境的良好模拟，并允许长序列研究收敛行为。我们的实验表明，在短方案上以前的结果不能总是推断为更长的场景。

本文研究持续学习（CL）的逐步学习（CIL）。已经提出了许多方法来处理CIL中的灾难性遗忘（CF）。大多数方法都会为单个头网络中所有任务的所有类别构建单个分类器。为了防止CF，一种流行的方法是记住以前任务中的少数样本，并在培训新任务时重播它们。但是，这种方法仍然患有严重的CF，因为在内存中仅使用有限的保存样本数量来更新或调整了先前任务的参数。本文提出了一种完全不同的方法，该方法使用变压器网络为每个任务（称为多头模型）构建一个单独的分类器（头部），称为更多。与其在内存中使用保存的样本在现有方法中更新以前的任务/类的网络，不如利用保存的样本来构建特定任务分类器（添加新的分类头），而无需更新用于先前任务/类的网络。新任务的模型经过培训，可以学习任务的类别，并且还可以检测到不是从相同数据分布（即，均分布（OOD））的样本。这使测试实例属于的任务的分类器能够为正确的类产生高分，而其他任务的分类器可以产生低分，因为测试实例不是来自这些分类器的数据分布。实验结果表明，更多的表现优于最先进的基线，并且自然能够在持续学习环境中进行OOD检测。

当随着时间的推移学习任务时，人工神经网络遭受称为灾难性遗忘（CF）的问题。当在训练网络的训练过程中覆盖网络的权重，导致忘记旧信息的新任务时，会发生这种情况。为了解决这个问题，我们提出了META可重复使用的知识或标记，这是一种新的方法，可以在学习新任务时促进重量可重用性而不是覆盖。具体来说，标记在任务之间保留一组共享权重。我们将这些共享权重设定为共同的知识库（KB），不仅用于学习新任务，而且还富有以丰富的新知识，因为模型了解新任务。标记背后的关键组件是两倍。一方面，冶金学习方法提供了逐步丰富KB的关键机制，并在任务之间促进重量可重用性。另一方面，一组培训掩模提供了选择性地从KB相关权重中选择的关键机制来解决每个任务。通过使用Mark，我们实现了最普遍的基准，在几个流行的基准中实现了最新的基准，在20分拆性MiniimAgenet数据集上超过了平均精度的最佳性能方法，同时使用55％的数量来实现几乎零遗忘参数。此外，消融研究提供了证据，实际上，标记正在学习每个任务选择性地使用的可重复使用的知识。

经典的机器学习算法通常假设绘制数据是i.i.d的。来自固定概率分布。最近，持续学习成为机器学习的快速增长领域，在该领域中，该假设放松，即数据分布是非平稳的，并且随着时间的推移而变化。本文通过上下文变量$ c $表示数据分布的状态。 $ c $的漂移导致数据分布漂移。上下文漂移可能会改变目标分布，输入分布或两者兼而有之。此外，分布漂移可能是突然的或逐渐的。在持续学习中，环境漂移可能会干扰学习过程并擦除以前学习的知识。因此，持续学习算法必须包括处理此类漂移的专业机制。在本文中，我们旨在识别和分类不同类型的上下文漂移和潜在的假设，以更好地表征各种持续学习的场景。此外，我们建议使用分布漂移框架来提供对连续学习领域常用的几个术语的更精确的定义。

当神经网络失去先前从不同分布的样本（即新任务）培训一组样本时，发生灾难性遗忘（CF）。现有方法在减轻CF方面取得了显着的结果，尤其是在称为任务增量学习的情况下。但是，这种情况是不现实的，并且已经完成了有限的工作以在更现实的情况下取得良好的结果。在本文中，我们提出了一种称为Centroid匹配的新型正则化方法，该方法受到元学习方法的启发，通过在神经网络产生的功能空间中操作来打击CF，在需要较小的记忆足迹的同时，取得了良好的结果。具体而言，该方法使用神经网络产生的特征向量直接对样品进行了分类，通过将这些向量与代表当前任务中的类或所有任务的质心匹配，直到该点。质心匹配速度比竞争基线更快，并且可以通过在过去的任务结束时保留模型产生的嵌入式空间之间的距离，并且可以利用它有效地减轻CF，而当前生产的距离则可以实现高精度的方法在所有任务上，在轻松场景上操作时，或不使用外部内存，或者将小型内存用于更现实的记忆。广泛的实验表明，匹配的质心在多个数据集和方案上取得了准确的提高。

We motivate Energy-Based Models (EBMs) as a promising model class for continual learning problems. Instead of tackling continual learning via the use of external memory, growing models, or regularization, EBMs change the underlying training objective to cause less interference with previously learned information. Our proposed version of EBMs for continual learning is simple, efficient, and outperforms baseline methods by a large margin on several benchmarks. Moreover, our proposed contrastive divergence-based training objective can be combined with other continual learning methods, resulting in substantial boosts in their performance. We further show that EBMs are adaptable to a more general continual learning setting where the data distribution changes without the notion of explicitly delineated tasks. These observations point towards EBMs as a useful building block for future continual learning methods.

大规模预训练的快速开发导致基础模型可以充当各种下游任务和领域的有效提取器。在此激励的情况下，我们研究了预训练的视觉模型的功效，作为下游持续学习（CL）场景的基础。我们的目标是双重的。首先，我们想了解RAW-DATA空间中CL和预训练编码器的潜在空间之间CL之间的计算准确性权衡。其次，我们研究编码器的特征，训练算法和数据以及所得的潜在空间如何影响CL性能。为此，我们将各种预训练的模型在大规模基准测试方案中的功效与在潜在和原始数据空间中应用的香草重播设置的功效。值得注意的是，这项研究表明了转移，遗忘，任务相似性和学习如何取决于输入数据特征，而不一定取决于CL算法。首先，我们表明，在某些情况下，通过可忽略的计算中的非参数分类器可以很容易地实现合理的CL性能。然后，我们展示模型如何在更广泛的数据上进行预训练，从而为各种重播大小提供更好的性能。我们以这些表示形式的代表性相似性和传递属性来解释这一点。最后，与训练域相比，我们显示了自我监督预训练对下游域的有效性。我们指出并验证了几个研究方向，这些方向可以进一步提高潜在CL的功效，包括表示结合。本研究中使用的各种数据集可以用作进一步CL研究的计算效率游乐场。该代码库可在https://github.com/oleksost/latent_cl下获得。

持续学习旨在通过以在线学习方式利用过去获得的知识，同时能够在所有以前的任务上表现良好，从而学习一系列任务，这对人工智能（AI）系统至关重要，因此持续学习与传统学习模式相比，更适合大多数现实和复杂的应用方案。但是，当前的模型通常在每个任务上的类标签上学习一个通用表示基础，并选择有效的策略来避免灾难性的遗忘。我们假设，仅从获得的知识中选择相关且有用的零件比利用整个知识更有效。基于这一事实，在本文中，我们提出了一个新框架，名为“选择相关的在线持续学习知识（SRKOCL），该框架结合了一种额外的有效频道注意机制，以选择每个任务的特定相关知识。我们的模型还结合了经验重播和知识蒸馏，以避免灾难性的遗忘。最后，在不同的基准上进行了广泛的实验，竞争性实验结果表明，我们提出的SRKOCL是针对最先进的承诺方法。

Online Class Incremental learning (CIL) is a challenging setting in Continual Learning (CL), wherein data of new tasks arrive in incoming streams and online learning models need to handle incoming data streams without revisiting previous ones. Existing works used a single centroid adapted with incoming data streams to characterize a class. This approach possibly exposes limitations when the incoming data stream of a class is naturally multimodal. To address this issue, in this work, we first propose an online mixture model learning approach based on nice properties of the mature optimal transport theory (OT-MM). Specifically, the centroids and covariance matrices of the mixture model are adapted incrementally according to incoming data streams. The advantages are two-fold: (i) we can characterize more accurately complex data streams and (ii) by using centroids for each class produced by OT-MM, we can estimate the similarity of an unseen example to each class more reasonably when doing inference. Moreover, to combat the catastrophic forgetting in the CIL scenario, we further propose Dynamic Preservation. Particularly, after performing the dynamic preservation technique across data streams, the latent representations of the classes in the old and new tasks become more condensed themselves and more separate from each other. Together with a contraction feature extractor, this technique facilitates the model in mitigating the catastrophic forgetting. The experimental results on real-world datasets show that our proposed method can significantly outperform the current state-of-the-art baselines.

我们引入了一种内部重播的新方法，该方法根据网络深度调节排练的频率。虽然重播策略减轻了神经网络中灾难性遗忘的影响，但最近对生成重播的作品表明，仅在网络的更深层次上进行排练才能改善持续学习的性能。但是，生成方法引入了其他计算开销，从而限制了其应用程序。通过观察到的神经网络的早期层次忘记忘记了，我们建议在重播过程中使用中级功能更新频率不同的网络层。这通过省略了发电机的更深层和主要模型的早期层来减少计算负担。我们命名我们的方法渐进式潜在重播，并表明它在使用较少的资源时表现优于内部重播。

持续学习研究的主要重点领域是通过设计新算法对分布变化更强大的新算法来减轻神经网络中的“灾难性遗忘”问题。尽管持续学习文献的最新进展令人鼓舞，但我们对神经网络的特性有助于灾难性遗忘的理解仍然有限。为了解决这个问题，我们不关注持续的学习算法，而是在这项工作中专注于模型本身，并研究神经网络体系结构对灾难性遗忘的“宽度”的影响，并表明宽度在遗忘遗产方面具有出人意料的显着影响。为了解释这种效果，我们从各个角度研究网络的学习动力学，例如梯度正交性，稀疏性和懒惰的培训制度。我们提供了与不同架构和持续学习基准之间的经验结果一致的潜在解释。

Continual Learning (CL) is a field dedicated to devise algorithms able to achieve lifelong learning. Overcoming the knowledge disruption of previously acquired concepts, a drawback affecting deep learning models and that goes by the name of catastrophic forgetting, is a hard challenge. Currently, deep learning methods can attain impressive results when the data modeled does not undergo a considerable distributional shift in subsequent learning sessions, but whenever we expose such systems to this incremental setting, performance drop very quickly. Overcoming this limitation is fundamental as it would allow us to build truly intelligent systems showing stability and plasticity. Secondly, it would allow us to overcome the onerous limitation of retraining these architectures from scratch with the new updated data. In this thesis, we tackle the problem from multiple directions. In a first study, we show that in rehearsal-based techniques (systems that use memory buffer), the quantity of data stored in the rehearsal buffer is a more important factor over the quality of the data. Secondly, we propose one of the early works of incremental learning on ViTs architectures, comparing functional, weight and attention regularization approaches and propose effective novel a novel asymmetric loss. At the end we conclude with a study on pretraining and how it affects the performance in Continual Learning, raising some questions about the effective progression of the field. We then conclude with some future directions and closing remarks.

由于其非参数化干扰和灾难性遗忘的非参数化能力，核心连续学习\ Cite {derakhshani2021kernel}最近被成为一个强大的持续学习者。不幸的是，它的成功是以牺牲一个明确的内存为代价来存储来自过去任务的样本，这妨碍了具有大量任务的连续学习设置的可扩展性。在本文中，我们介绍了生成的内核持续学习，探讨了生成模型与内核之间的协同作用以进行持续学习。生成模型能够生产用于内核学习的代表性样本，其消除了在内核持续学习中对内存的依赖性。此外，由于我们仅在生成模型上重播，我们避免了与在整个模型上需要重播的先前的方法相比，在计算上更有效的情况下避免任务干扰。我们进一步引入了监督的对比正规化，使我们的模型能够为更好的基于内核的分类性能产生更具辨别性样本。我们对三种广泛使用的连续学习基准进行了广泛的实验，展示了我们贡献的能力和益处。最值得注意的是，在具有挑战性的SplitCifar100基准测试中，只需一个简单的线性内核，我们获得了与内核连续学习的相同的准确性，对于内存的十分之一，或者对于相同的内存预算的10.1％的精度增益。

Despite significant advances, the performance of state-of-the-art continual learning approaches hinges on the unrealistic scenario of fully labeled data. In this paper, we tackle this challenge and propose an approach for continual semi-supervised learning -- a setting where not all the data samples are labeled. An underlying issue in this scenario is the model forgetting representations of unlabeled data and overfitting the labeled ones. We leverage the power of nearest-neighbor classifiers to non-linearly partition the feature space and learn a strong representation for the current task, as well as distill relevant information from previous tasks. We perform a thorough experimental evaluation and show that our method outperforms all the existing approaches by large margins, setting a strong state of the art on the continual semi-supervised learning paradigm. For example, on CIFAR100 we surpass several others even when using at least 30 times less supervision (0.8% vs. 25% of annotations).

Catastrophic forgetting (CF) happens whenever a neural network overwrites past knowledge while being trained on new tasks. Common techniques to handle CF include regularization of the weights (using, e.g., their importance on past tasks), and rehearsal strategies, where the network is constantly re-trained on past data. Generative models have also been applied for the latter, in order to have endless sources of data. In this paper, we propose a novel method that combines the strengths of regularization and generative-based rehearsal approaches. Our generative model consists of a normalizing flow (NF), a probabilistic and invertible neural network, trained on the internal embeddings of the network. By keeping a single NF throughout the training process, we show that our memory overhead remains constant. In addition, exploiting the invertibility of the NF, we propose a simple approach to regularize the network's embeddings with respect to past tasks. We show that our method performs favorably with respect to state-of-the-art approaches in the literature, with bounded computational power and memory overheads.

增量任务学习（ITL）是一个持续学习的类别，试图培训单个网络以进行多个任务（一个接一个），其中每个任务的培训数据仅在培训该任务期间可用。当神经网络接受较新的任务培训时，往往会忘记旧任务。该特性通常被称为灾难性遗忘。为了解决此问题，ITL方法使用情节内存，参数正则化，掩盖和修剪或可扩展的网络结构。在本文中，我们提出了一个基于低级别分解的新的增量任务学习框架。特别是，我们表示每一层的网络权重作为几个等级1矩阵的线性组合。为了更新新任务的网络，我们学习一个排名1（或低级别）矩阵，并将其添加到每一层的权重。我们还引入了一个其他选择器向量，该向量将不同的权重分配给对先前任务的低级矩阵。我们表明，就准确性和遗忘而言，我们的方法的表现比当前的最新方法更好。与基于情节的内存和基于面具的方法相比，我们的方法还提供了更好的内存效率。我们的代码将在https://github.com/csiplab/task-increment-rank-update.git上找到。

持续学习的目标（CL）是随着时间的推移学习不同的任务。与CL相关的主要Desiderata是在旧任务上保持绩效，利用后者来改善未来任务的学习，并在培训过程中引入最小的开销（例如，不需要增长的模型或再培训）。我们建议通过固定密度的稀疏神经网络来解决这些避难所的神经启发性塑性适应（NISPA）体系结构。 NISPA形成了稳定的途径，可以从较旧的任务中保存知识。此外，NISPA使用连接重新设计来创建新的塑料路径，以重用有关新任务的现有知识。我们对EMNIST，FashionMnist，CIFAR10和CIFAR100数据集的广泛评估表明，NISPA的表现明显胜过代表性的最先进的持续学习基线，并且与盆地相比，它的可学习参数最多少了十倍。我们还认为稀疏是持续学习的重要组成部分。 NISPA代码可在https://github.com/burakgurbuz97/nispa上获得。

持续学习（CL）旨在制定模仿人类能力顺序学习新任务的能力，同时能够保留从过去经验获得的知识。在本文中，我们介绍了内存约束在线连续学习（MC-OCL）的新问题，这对存储器开销对可能算法可以用于避免灾难性遗忘的记忆开销。最多，如果不是全部，之前的CL方法违反了这些约束，我们向MC-OCL提出了一种算法解决方案：批量蒸馏（BLD），基于正则化的CL方法，有效地平衡了稳定性和可塑性，以便学习数据流，同时保留通过蒸馏解决旧任务的能力。我们在三个公开的基准测试中进行了广泛的实验评估，经验证明我们的方法成功地解决了MC-OCL问题，并实现了需要更高内存开销的先前蒸馏方法的可比准确性。

Continual learning with an increasing number of classes is a challenging task. The difficulty rises when each example is presented exactly once, which requires the model to learn online. Recent methods with classic parameter optimization procedures have been shown to struggle in such setups or have limitations like non-differentiable components or memory buffers. For this reason, we present the fully differentiable ensemble method that allows us to efficiently train an ensemble of neural networks in the end-to-end regime. The proposed technique achieves SOTA results without a memory buffer and clearly outperforms the reference methods. The conducted experiments have also shown a significant increase in the performance for small ensembles, which demonstrates the capability of obtaining relatively high classification accuracy with a reduced number of classifiers.