A prominent technique for self-supervised representation learning has been to contrast semantically similar and dissimilar pairs of samples. Without access to labels, dissimilar (negative) points are typically taken to be randomly sampled datapoints, implicitly accepting that these points may, in reality, actually have the same label. Perhaps unsurprisingly, we observe that sampling negative examples from truly different labels improves performance, in a synthetic setting where labels are available. Motivated by this observation, we develop a debiased contrastive objective that corrects for the sampling of same-label datapoints, even without knowledge of the true labels. Empirically, the proposed objective consistently outperforms the state-of-the-art for representation learning in vision, language, and reinforcement learning benchmarks. Theoretically, we establish generalization bounds for the downstream classification task.

Recent empirical works have successfully used unlabeled data to learn feature representations that are broadly useful in downstream classification tasks. Several of these methods are reminiscent of the well-known word2vec embedding algorithm: leveraging availability of pairs of semantically "similar" data points and "negative samples," the learner forces the inner product of representations of similar pairs with each other to be higher on average than with negative samples. The current paper uses the term contrastive learning for such algorithms and presents a theoretical framework for analyzing them by introducing latent classes and hypothesizing that semantically similar points are sampled from the same latent class. This framework allows us to show provable guarantees on the performance of the learned representations on the average classification task that is comprised of a subset of the same set of latent classes. Our generalization bound also shows that learned representations can reduce (labeled) sample complexity on downstream tasks. We conduct controlled experiments in both the text and image domains to support the theory.

最近，自我监督的学习引起了极大的关注，因为它只需要未标记的培训数据。对比学习是一种流行的自我监督学习方法，并在实践中经验上表现良好。然而，研究了对下游任务的泛化能力的理论理解并未得到很好的研究。为此，我们展示了对对比自我监督的预训练模型概括到下游任务的理论解释。具体地，我们定量表明，如果它将输入数据嵌入到具有区别的特征空间和群集课外样本的特征空间中，则自我监控模型具有下游分类任务的泛化能力。通过上述结论，我们进一步探索了SIMCLR和Barlow双胞胎，这是两个规范对比自我监督的方法。我们证明了上述特征空间可以通过任何方法获得，从而解释它们对下游分类任务的概括的成功。最后，还进行了各种实验以验证我们的理论发现。

自我监督学习中的最新作品通过依靠对比度学习范式来推动最先进的工作，该范式通过推动正面对或从同一班级中的类似示例来学习表示形式，同时将负面对截然不同。尽管取得了经验的成功，但理论基础是有限的 - 先前的分析假设鉴于同一类标签的正对有条件独立性，但是最近的经验应用使用了密切相关的正对（即同一图像的数据增强）。我们的工作分析了对比度学习，而无需在数据上使用增强图的新概念假设正对的有条件独立性。此图中的边缘连接相同数据的增强，而地面实际类别自然形成了连接的子图。我们提出了在人口增强图上执行光谱分解的损失，并且可以简洁地作为对神经净表示的对比学习目标。最小化此目标会导致在线性探针评估下具有可证明准确性的功能。通过标准的概括范围，在最大程度地减少训练对比度损失时，这些准确性也可以保证。从经验上讲，我们目标所学的功能可以匹配或胜过基准视觉数据集上的几个强基线。总的来说，这项工作为对比度学习提供了首次可证明的分析，在该学习中，线性探针评估的保证可以适用于现实的经验环境。

从积极和未标记的（PU）数据中学习是一种设置，学习者只能访问正面和未标记的样本，而没有关于负面示例的信息。这种PU环境在各种任务中非常重要，例如医学诊断，社交网络分析，金融市场分析和知识基础完成，这些任务也往往本质上是不平衡的，即大多数示例实际上是负面的。但是，大多数现有的PU学习方法仅考虑人工平衡的数据集，目前尚不清楚它们在不平衡和长尾数据分布的现实情况下的表现如何。本文提议通过强大而有效的自我监督预处理来应对这一挑战。但是，培训传统的自我监督学习方法使用高度不平衡的PU分布需要更好的重新重新制定。在本文中，我们提出\ textit {Impulses}，这是\ usewanced {im}平衡\下划线{p} osive \ unesive \ usepline {u} nlabeLed \ underline {l}的统一表示的学习框架{p}。 \下划线{s}削弱了debiase预训练。 Impulses使用大规模无监督学习的通用组合以及对比度损失和额外重新持续的PU损失的一般组合。我们在多个数据集上进行了不同的实验，以表明Impuls能够使先前最新的错误率减半，即使与先前给出的真实先验的方法相比。此外，即使在无关的数据集上进行了预处理，我们的方法也表现出对事先错误指定和卓越性能的鲁棒性。我们预计，这种稳健性和效率将使从业者更容易在其他感兴趣的PU数据集上获得出色的结果。源代码可在\ url {https://github.com/jschweisthal/impulses}中获得

Contrastive representation learning has been outstandingly successful in practice. In this work, we identify two key properties related to the contrastive loss: (1) alignment (closeness) of features from positive pairs, and (2) uniformity of the induced distribution of the (normalized) features on the hypersphere. We prove that, asymptotically, the contrastive loss optimizes these properties, and analyze their positive effects on downstream tasks. Empirically, we introduce an optimizable metric to quantify each property. Extensive experiments on standard vision and language datasets confirm the strong agreement between both metrics and downstream task performance. Directly optimizing for these two metrics leads to representations with comparable or better performance at downstream tasks than contrastive learning. Project

噪声对比度估计的最新研究表明，从经验上讲，从理论上讲，尽管在对比度损失中拥有更多的“负样本”，但最初在阈值中提高了下游分类的性能，但由于“碰撞覆盖“贸易”，它都会损害下游性能-离开。但是，对比度学习中固有的现象是如此吗？我们在一个简单的理论环境中显示，通过从基础潜在类采样（由Saunshi等人引入（ICML 2019）），产生正对，表明表示（人口）对比度损失的下游性能实际上确实确实确实如此。不会随着负样本的数量降低。一路上，我们在框架中给出了最佳表示形式的结构表征，以进行噪声对比估计。我们还为CIFAR-10和CIFAR-100数据集的理论结果提供了经验支持。

理想学识渊博的表示应显示可转移性和鲁棒性。监督对比学习（SUPCON）是一种训练准确模型的有前途的方法，但是当班级映射中的所有点符合相同的表示形式时，就会产生不会捕获这些属性的表示形式。最近的工作表明，“散布”这些表示可以改善它们，但是确切的机制知之甚少。我们认为，单独创建点差不足以进行更好的表示，因为差异对于班级的排列不变。取而代之的是，有必要正确的传播程度和破坏这种不变性的机制。我们首先证明，添加加权类条件的信息损失以控制传播程度。接下来，我们研究了三种破坏排列不变性的机制：使用约束编码器，添加类条件自动编码器并使用数据增强。我们表明，后两者鼓励在更现实的条件下与前者聚集潜在子类。使用这些见解，我们表明，在5个标准数据集中添加适当加权的集体条件infonce损失和一个班级条件自动编码器，以在5个标准数据集中进行粗到5分的转移，并在最差的组上进行4.7分，以达到11.1个升力。 3个数据集，将Celeba的最新时间设置为11.5分。

对比度学习依赖于假设正对包含相关视图，例如，视频的图像或视频的共同发生的多峰信号，其共享关于实例的某些基础信息。但如果违反了这个假设怎么办？该文献表明，对比学学习在存在嘈杂的视图中产生次优表示，例如，没有明显共享信息的假正对。在这项工作中，我们提出了一种新的对比损失函数，这是对嘈杂的观点的强大。我们通过显示嘈杂二进制分类的强大对称损失的连接提供严格的理论理由，并通过基于Wassersein距离测量来建立新的对比界限进行新的对比。拟议的损失是完全的方式无话无双，并且对Innoconce损失的更换简单的替代品，这使得适用于现有的对比框架。我们表明，我们的方法提供了在展示各种现实世界噪声模式的图像，视频和图形对比学习基准上的一致性改进。

我们研究了离线加强学习（RL）的代表性学习，重点是离线政策评估（OPE）的重要任务。最近的工作表明，与监督的学习相反，Q功能的可实现性不足以学习。样品效率OPE的两个足够条件是Bellman的完整性和覆盖范围。先前的工作通常假设给出满足这些条件的表示形式，结果大多是理论上的。在这项工作中，我们提出了BCRL，该BCRL直接从数据中吸取了近似线性的贝尔曼完整表示，并具有良好的覆盖范围。通过这种学识渊博的表示，我们使用最小平方策略评估（LSPE）执行OPE，并在我们学习的表示中具有线性函数。我们提出了端到端的理论分析，表明我们的两阶段算法享有多项式样本复杂性，该算法在所考虑的丰富类别中提供了一些表示形式，这是线性的贝尔曼完成。从经验上讲，我们广泛评估了我们的DeepMind Control Suite的具有挑战性的基于图像的连续控制任务。我们显示我们的表示能够与针对非政策RL开发的先前表示的学习方法（例如Curl，SPR）相比，可以更好地使用OPE。 BCRL使用最先进的方法拟合Q评估（FQE）实现竞争性OPE误差，并在评估超出初始状态分布的评估时击败FQE。我们的消融表明，我们方法的线性铃铛完整和覆盖范围都至关重要。

对比学习在各种自我监督的学习任务中取得了最先进的表现，甚至优于其监督的对应物。尽管其经验成功，但对为什么对比学习作品的理论认识仍然有限。在本文中，（i）我们证明，对比学习胜过AutoEncoder，一种经典无监督的学习方法，适用于特征恢复和下游任务;（ii）我们还说明标记数据在监督对比度学习中的作用。这为最近的发现提供了理论支持，即对标签对比学习的结果提高了域名下游任务中学识表的表现，但它可能会损害转移学习的性能。我们通过数值实验验证了我们的理论。

由于其无监督的性质和下游任务的信息性特征表示，实例歧视自我监督的代表学习受到了受到关注的。在实践中，它通常使用比监督类的数量更多的负样本。然而，现有分析存在不一致;从理论上讲，大量的负样本在下游监督任务上降低了分类性能，同时凭经验，它们提高了性能。我们提供了一种新颖的框架，用于使用优惠券收集器的问题分析关于负样本的经验结果。我们的界限可以通过增加负样本的数量来隐立地纳入自我监督损失中的下游任务的监督损失。我们确认我们的拟议分析持有现实世界基准数据集。

我们从统计依赖性角度接近自我监督的图像表示学习，提出与希尔伯特 - 施密特独立性标准（SSL-HSIC）自我监督的学习。 SSL-HSIC最大化图像和图像标识的变换表示之间的依赖性，同时最小化这些表示的核化方差。该框架产生了对Infonce的新了解，在不同转换之间的相互信息（MI）上的变分下限。虽然已知MI本身具有可能导致学习无意义的表示的病理学，但其绑定表现得更好：我们表明它隐含地近似于SSL-HSIC（具有略微不同的规范器）。我们的方法还向我们深入了解Byol，一种无与伦比的SSL方法，因为SSL-HSIC类似地了解了当地的样本邻居。 SSL-HSIC允许我们在批量大小中直接在时间线性上直接优化统计依赖性，而无需限制数据假设或间接相互信息估计。 SSL-HSIC培训或没有目标网络，SSL-HSIC与Imagenet的标准线性评估相匹配，半监督学习和转移到其他分类和视觉任务，如语义分割，深度估计和对象识别等。代码可在https://github.com/deepmind/ssl_hsic提供。

由于在数据稀缺的设置中，交叉验证的性能不佳，我们提出了一个新颖的估计器，以估计数据驱动的优化策略的样本外部性能。我们的方法利用优化问题的灵敏度分析来估计梯度关于数据中噪声量的最佳客观值，并利用估计的梯度将策略的样本中的表现为依据。与交叉验证技术不同，我们的方法避免了为测试集牺牲数据，在训练和因此非常适合数据稀缺的设置时使用所有数据。我们证明了我们估计量的偏见和方差范围，这些问题与不确定的线性目标优化问题，但已知的，可能是非凸的，可行的区域。对于更专业的优化问题，从某种意义上说，可行区域“弱耦合”，我们证明结果更强。具体而言，我们在估算器的错误上提供明确的高概率界限，该估计器在策略类别上均匀地保持，并取决于问题的维度和策略类的复杂性。我们的边界表明，在轻度条件下，随着优化问题的尺寸的增长，我们的估计器的误差也会消失，即使可用数据的量仍然很小且恒定。说不同的是，我们证明我们的估计量在小型数据中的大规模政权中表现良好。最后，我们通过数值将我们提出的方法与最先进的方法进行比较，通过使用真实数据调度紧急医疗响应服务的案例研究。我们的方法提供了更准确的样本外部性能估计，并学习了表现更好的政策。

对比表示学习旨在通过估计数据的多个视图之间的共享信息来获得有用的表示形式。在这里，数据增强的选择对学会表示的质量很敏感：随着更难的应用，数据增加了，视图共享更多与任务相关的信息，但也可以妨碍表示代表的概括能力。在此激励的基础上，我们提出了一种新的强大的对比度学习计划，即r \'enyicl，可以通过利用r \'enyi差异来有效地管理更艰难的增强。我们的方法建立在r \'enyi差异的变异下限基础上，但是由于差异很大，对变异方法的使用是不切实际的。要应对这一挑战，我们提出了一个新颖的对比目标，该目标是进行变异估计的新型对比目标偏斜r \'enyi的分歧，并提供理论保证，以确保偏差差异如何导致稳定训练。我们表明，r \'enyi对比度学习目标执行先天的硬性负面样本和易于选择的阳性抽样学习有用的功能并忽略滋扰功能。通过在Imagenet上进行实验，我们表明，r \'enyi对比度学习具有更强的增强性能优于其他自我监督的方法，而无需额外的正则化或计算上的开销。图形和表格，显示了与其他对比方法相比的经验增益。

标准均匀收敛导致在假设类别上预期损失的概括差距。对风险敏感学习的出现需要超出预期损失分布的功能的概括保证。虽然先前的工作专门从事特定功能的均匀收敛，但我们的工作为一般的H \'较旧风险功能提供了统一的收敛，累积分配功能（CDF）的亲密关系（CDF）需要接近风险。我们建立了第一个统一的融合估计损失分布的CDF的结果，可以保证在所有H \“较旧的风险功能和所有假设上）同时保持。因此，我们获得了实现经验风险最小化的许可，我们开发了基于梯度的实用方法，以最大程度地减少失真风险（广泛研究的H \'H \'较旧风险涵盖了光谱风险，包括平均值，有条件价值，风险的有条件价值，累积前景理论风险和累积前景理论风险，以及其他）并提供融合保证。在实验中，我们证明了学习程序的功效，这是在均匀收敛结果和具有深层网络的高维度的设置中。

Contrastive learning applied to self-supervised representation learning has seen a resurgence in recent years, leading to state of the art performance in the unsupervised training of deep image models. Modern batch contrastive approaches subsume or significantly outperform traditional contrastive losses such as triplet, max-margin and the N-pairs loss. In this work, we extend the self-supervised batch contrastive approach to the fully-supervised setting, allowing us to effectively leverage label information. Clusters of points belonging to the same class are pulled together in embedding space, while simultaneously pushing apart clusters of samples from different classes. We analyze two possible versions of the supervised contrastive (SupCon) loss, identifying the best-performing formulation of the loss. On ResNet-200, we achieve top-1 accuracy of 81.4% on the Ima-geNet dataset, which is 0.8% above the best number reported for this architecture. We show consistent outperformance over cross-entropy on other datasets and two ResNet variants. The loss shows benefits for robustness to natural corruptions, and is more stable to hyperparameter settings such as optimizers and data augmentations. Our loss function is simple to implement and reference TensorFlow code is released at https://t.ly/supcon 1 .

了解深度神经网络的泛化是深度学习中最重要的任务之一。虽然已经取得了很大进展，但理论错误界限仍然往往与经验观察结果不同。在这项工作中，我们开发基于保证金的泛化界，其中边距是在从训练分布中采样的独立随机子集之间的最佳运输成本标准化。特别地，最佳运输成本可以被解释为方差的概念，其捕获学习特征空间的结构特性。我们的界限强大地预测了在大规模数据集上给定培训数据和网络参数的泛化误差。从理论上讲，我们表明特征的浓度和分离在泛化中起着至关重要的作用，支持文献中的经验结果。该代码可用于\ url {https:/github.com/chingyaoc/kv-margin}。

Many datasets are biased, namely they contain easy-to-learn features that are highly correlated with the target class only in the dataset but not in the true underlying distribution of the data. For this reason, learning unbiased models from biased data has become a very relevant research topic in the last years. In this work, we tackle the problem of learning representations that are robust to biases. We first present a margin-based theoretical framework that allows us to clarify why recent contrastive losses (InfoNCE, SupCon, etc.) can fail when dealing with biased data. Based on that, we derive a novel formulation of the supervised contrastive loss (epsilon-SupInfoNCE), providing more accurate control of the minimal distance between positive and negative samples. Furthermore, thanks to our theoretical framework, we also propose FairKL, a new debiasing regularization loss, that works well even with extremely biased data. We validate the proposed losses on standard vision datasets including CIFAR10, CIFAR100, and ImageNet, and we assess the debiasing capability of FairKL with epsilon-SupInfoNCE, reaching state-of-the-art performance on a number of biased datasets, including real instances of biases in the wild.

在因果推理和强盗文献中，基于观察数据的线性功能估算线性功能的问题是规范的。我们分析了首先估计治疗效果函数的广泛的两阶段程序，然后使用该数量来估计线性功能。我们证明了此类过程的均方误差上的非反应性上限：这些边界表明，为了获得非反应性最佳程序，应在特定加权$ l^2 $中最大程度地估算治疗效果的误差。 -规范。我们根据该加权规范的约束回归分析了两阶段的程序，并通过匹配非轴突局部局部最小值下限，在有限样品中建立了实例依赖性最优性。这些结果表明，除了取决于渐近效率方差之外，最佳的非质子风险除了取决于样本量支持的最富有函数类别的真实结果函数与其近似类别之间的加权规范距离。