在机器学习中，我们传统上评估单个模型的性能，平均在测试输入集合中进行平均。在这项工作中，我们提出了一种新方法：在$ \ textit {单个输入点} $上评估时，我们测量了模型集合的性能。具体来说，我们研究了一个点的$ \ textit {profile {profile} $：模型在测试分布上的平均性能与他们在该点上的角度表现之间的关系。我们发现配置文件可以在分布和分发的模型和数据的结构中产生新的见解。例如，我们从经验上表明，实际数据分布由具有质量不同的点组成。一方面，有“兼容”点，在角度和平均性能之间具有很强的相关性。另一方面，有些点具有弱甚至$ \ textit {nogate} $相关性：提高整体模型精度实际上$ \ textit {hurts} $性能的情况。我们证明，这些实验观察与先前工作中提出的几种简化学习模型的预测不一致。作为一个应用程序，我们使用配置文件来构造一个数据集，我们称为CIFAR-10-NENG：CINIC-10的子集，因此对于标准模型，CIFAR-10-NENG上的准确性为$ \ textit {negalissiper {negalissiperational {negalishatied} CIFAR-10测试。这首先说明了一个完全逆转“准确性”的OOD数据集（Miller，Taori，Raghunathan，Sagawa，Koh，Koh，Shankar，Liang，Carmon和Schmidt 2021）

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。

过度参数化的神经网络的实际成功促进了最近对插值方法的科学研究，这些研究非常适合其训练数据。如果没有灾难性的测试表现，包括神经网络在内的某些插值方法（包括神经网络）可以符合嘈杂的训练数据，这是违反统计学习理论的标准直觉的。为了解释这一点，最近的一系列工作研究了$ \ textit {良性过拟合} $，这是一种现象，其中一些插值方法即使在存在噪音的情况下也接近了贝叶斯的最佳性。在这项工作中，我们认为，虽然良性过度拟合既具有启发性和富有成效的研究在测试时间的风险，这意味着这些模型既不是良性也不是灾难性的，而是属于中间状态。我们称此中级制度$ \ textit {perked forporting} $，我们启动其系统研究。我们首先在内核（Ridge）回归（KR）的背景下探索这种现象，通过在脊参数和核特征光谱上获得条件，KR在这些条件下表现出三种行为。我们发现，具有PowerLaw光谱的内核，包括Laplace内核和Relu神经切线内核，表现出了过度拟合的。然后，我们通过分类法的镜头从经验上研究深度神经网络，并发现接受插值训练的人是脾气暴躁的，而那些训练的人则是良性的。我们希望我们的工作能够使人们对现代学习过度拟合的过度理解。

State-of-the-art results on image recognition tasks are achieved using over-parameterized learning algorithms that (nearly) perfectly fit the training set and are known to fit well even random labels. This tendency to memorize the labels of the training data is not explained by existing theoretical analyses. Memorization of the training data also presents significant privacy risks when the training data contains sensitive personal information and thus it is important to understand whether such memorization is necessary for accurate learning.We provide the first conceptual explanation and a theoretical model for this phenomenon. Specifically, we demonstrate that for natural data distributions memorization of labels is necessary for achieving closeto-optimal generalization error. Crucially, even labels of outliers and noisy labels need to be memorized. The model is motivated and supported by the results of several recent empirical works. In our model, data is sampled from a mixture of subpopulations and our results show that memorization is necessary whenever the distribution of subpopulation frequencies is long-tailed. Image and text data is known to be long-tailed and therefore our results establish a formal link between these empirical phenomena. Our results allow to quantify the cost of limiting memorization in learning and explain the disparate effects that privacy and model compression have on different subgroups.

Web爬行的数据集已在最近的图像文本模型（例如剪辑（对比语言图像预训练）或火烈鸟）中启用了非凡的概括功能，但是对数据集创建过程知之甚少。在这项工作中，我们介绍了六个可公开可用数据源的测试床 - YFCC，LAION，概念标题，机智，redcaps，shutterstock-，以调查预训练分布如何在剪辑中诱导稳健性。我们发现，预训练数据的性能在分布变化之间有很大的变化，没有单个数据源主导。此外，我们系统地研究了这些数据源之间的相互作用，发现组合多个来源并不一定会产生更好的模型，而是稀释了最佳个体数据源的鲁棒性。我们将经验发现与简单环境中的理论见解相辅相成，其中结合训练数据还会导致稳健性稀释。此外，我们的理论模型为LAION数据集中最近采用的基于夹的数据过滤技术的成功提供了候选解释。总体而言，我们的结果表明，仅仅从Web中收集大量数据并不是建立预训练数据集以进行鲁棒性概括的最有效方法，因此需要进一步研究数据集设计。

Deep neural networks may easily memorize noisy labels present in real-world data, which degrades their ability to generalize. It is therefore important to track and evaluate the robustness of models against noisy label memorization. We propose a metric, called susceptibility, to gauge such memorization for neural networks. Susceptibility is simple and easy to compute during training. Moreover, it does not require access to ground-truth labels and it only uses unlabeled data. We empirically show the effectiveness of our metric in tracking memorization on various architectures and datasets and provide theoretical insights into the design of the susceptibility metric. Finally, we show through extensive experiments on datasets with synthetic and real-world label noise that one can utilize susceptibility and the overall training accuracy to distinguish models that maintain a low memorization on the training set and generalize well to unseen clean data.

最近，Miller等。结果表明，模型的分布（ID）精度与几个OOD基准上的分布（OOD）精度具有很强的线性相关性 - 一种将它们称为“准确性”的现象。虽然一种用于模型选择的有用工具（即，最有可能执行最佳OOD的模型是具有最高ID精度的模型），但此事实无助于估计模型的实际OOD性能，而无需访问标记的OOD验证集。在本文中，我们展示了一种类似但令人惊讶的现象，也与神经网络分类器对之间的一致性一致：每当在线准确性时，我们都会观察到任何两个神经网络的预测之间的OOD一致性（具有潜在的不同架构）还观察到与他们的ID协议有很强的线性相关性。此外，我们观察到OOD与ID协议的斜率和偏置与OOD与ID准确性的偏差非常匹配。我们称之为“协议”的现象具有重要的实际应用：没有任何标记的数据，我们可以预测分类器的OOD准确性}，因为只需使用未标记的数据就可以估算OOD一致性。我们的预测算法在同意在线达成的变化中都优于先前的方法，而且令人惊讶的是，当准确性不在线上时。这种现象还为深度神经网络提供了新的见解：与在线的准确性不同，一致性似乎仅适用于神经网络分类器。

执行零摄像推理时（即，在特定数据集上不进行微调）时，大型预训练的模型（例如剪辑或ALIGN）在一系列数据分布中提供一致的精度。尽管现有的微调方法显着提高了给定目标分布的准确性，但它们通常会降低分配变化的稳健性。我们通过引入一种简单有效的方法来提高鲁棒性，同时进行微调：结合零拍和微调模型（Wise-ft）的重量。与标准的微调相比，Wise-FT在分配变化下提供了巨大的准确性提高，同时保留了目标分布的高精度。在Imagenet和五个派生的分布变化上，Wise-FT在先前的工作中提高了分布转移的准确性4至6个百分点（PP），同时将Imagenet精度提高1.6pp。Wise-ft的稳健性相似（2至23 pp），明智之前与七个常用的转移学习数据集的标准微调相比，在一组进一步的分配转移的各种集合中，准确性增长率为0.8至3.3 pp。这些改进在微调或推理期间没有任何额外的计算成本。

人工智能的最新趋势是将验证的模型用于语言和视觉任务，这些模型已经实现了非凡的表现，但也令人困惑。因此，以各种方式探索这些模型的能力对该领域至关重要。在本文中，我们探讨了模型的可靠性，在其中我们将可靠的模型定义为一个不仅可以实现强大的预测性能，而且在许多涉及不确定性（例如选择性预测，开放式设置识别）的决策任务上，在许多决策任务上表现出色，而且表现良好。强大的概括（例如，准确性和适当的评分规则，例如在分布数据集中和分发数据集上的对数可能性）和适应性（例如，主动学习，几乎没有射击不确定性）。我们设计了40个数据集的10种任务类型，以评估视觉和语言域上可靠性的不同方面。为了提高可靠性，我们分别开发了VIT-PLEX和T5-PLEX，分别针对视觉和语言方式扩展了大型模型。 PLEX极大地改善了跨可靠性任务的最先进，并简化了传统协议，因为它可以改善开箱即用的性能，并且不需要设计分数或为每个任务调整模型。我们演示了高达1B参数的模型尺寸的缩放效果，并预处理数据集大小最多4B示例。我们还展示了PLEX在具有挑战性的任务上的功能，包括零射门的开放式识别，主动学习和对话语言理解中的不确定性。

We build new test sets for the CIFAR-10 and ImageNet datasets. Both benchmarks have been the focus of intense research for almost a decade, raising the danger of overfitting to excessively re-used test sets. By closely following the original dataset creation processes, we test to what extent current classification models generalize to new data. We evaluate a broad range of models and find accuracy drops of 3% -15% on CIFAR-10 and 11% -14% on ImageNet. However, accuracy gains on the original test sets translate to larger gains on the new test sets. Our results suggest that the accuracy drops are not caused by adaptivity, but by the models' inability to generalize to slightly "harder" images than those found in the original test sets.

我们考虑采用转移学习方法，可以在目标任务上微调一个预处理的深神经网络。我们研究微调的概括特性，以了解过度拟合的问题，而这种问题通常在实践中发生。先前的工作表明，约束与微调初始化的距离可改善概括。使用Pac-bayesian分析，我们观察到，除了初始化的距离外，黑森人还通过深神网络的噪声稳定性影响噪声注射。在观察过程中，我们为广泛的微调方法开发了基于HESSIAN距离的概括界。此外，我们研究了在嘈杂标签的情况下进行微调的鲁棒性。在我们的理论中，我们设计了一种算法，该算法结合了一致的损失和基于距离的正则化，以进行微调，以及在训练集标签中有条件独立噪声下的概括错误保证。我们对各种嘈杂的环境和体系结构进行了详细的经验研究。在六个图像分类任务上，其训练标签是通过编程标签生成的，我们发现比先前的微调方法的精度增长了3.26％。同时，微型模型的Hessian距离度量降低了六倍，是现有方法的六倍。

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.

广泛观察到的神经缩放定律，其中错误是训练集大小，模型大小或两者兼而有之的误差，从而促进了深度学习的实质性改进。但是，仅通过缩放来进行这些改进就需要计算和能源成本相当大。在这里，我们专注于数据集大小的错误缩放，并展示在理论和实践中如何超越幂律的扩展，并将其减少到指数缩放，如果我们可以访问高质量的数据修剪指标，以将顺序排名为应该丢弃哪些培训示例以实现任何修剪的数据集大小。然后，我们通过经验修剪的数据集大小来测试这一新的指数缩放预测，并且实际上观察到了在CIFAR-10，SVHN和Imagenet训练的重新NET上的功率定律缩放性能。鉴于找到高质量的修剪指标的重要性，我们对ImageNet上十个不同的数据修剪指标进行了第一个大规模的基准测试研究。我们发现大多数现有的高性能指标尺寸较差，而对于ImageNet来说，最佳尺度是计算密集型的，并且需要为每个图像标签。因此，我们开发了一种新的简单，便宜和可扩展的自我监督的修剪指标，该指标与最佳监督指标相当。总体而言，我们的工作表明，发现良好的数据指标可能会为可行的途径提供可行的途径，从而大大改善神经缩放法律，从而降低现代深度学习的资源成本。

我们使用高斯过程扰动模型在高维二次上的真实和批量风险表面之间的高斯过程扰动模型分析和解释迭代平均的泛化性能。我们从我们的理论结果中获得了三个现象\姓名：}（1）将迭代平均值（ia）与大型学习率和正则化进行了改进的正规化的重要性。 （2）对较少频繁平均的理由。 （3）我们预计自适应梯度方法同样地工作，或者更好，而不是其非自适应对应物的迭代平均值。灵感来自这些结果\姓据{，一起与}对迭代解决方案多样性的适当正则化的重要性，我们提出了两个具有迭代平均的自适应算法。与随机梯度下降（SGD）相比，这些结果具有明显更好的结果，需要较少调谐并且不需要早期停止或验证设定监视。我们在各种现代和古典网络架构上展示了我们对CiFar-10/100，Imagenet和Penn TreeBank数据集的方法的疗效。

Accurate uncertainty quantification is a major challenge in deep learning, as neural networks can make overconfident errors and assign high confidence predictions to out-of-distribution (OOD) inputs. The most popular approaches to estimate predictive uncertainty in deep learning are methods that combine predictions from multiple neural networks, such as Bayesian neural networks (BNNs) and deep ensembles. However their practicality in real-time, industrial-scale applications are limited due to the high memory and computational cost. Furthermore, ensembles and BNNs do not necessarily fix all the issues with the underlying member networks. In this work, we study principled approaches to improve uncertainty property of a single network, based on a single, deterministic representation. By formalizing the uncertainty quantification as a minimax learning problem, we first identify distance awareness, i.e., the model's ability to quantify the distance of a testing example from the training data, as a necessary condition for a DNN to achieve high-quality (i.e., minimax optimal) uncertainty estimation. We then propose Spectral-normalized Neural Gaussian Process (SNGP), a simple method that improves the distance-awareness ability of modern DNNs with two simple changes: (1) applying spectral normalization to hidden weights to enforce bi-Lipschitz smoothness in representations and (2) replacing the last output layer with a Gaussian process layer. On a suite of vision and language understanding benchmarks, SNGP outperforms other single-model approaches in prediction, calibration and out-of-domain detection. Furthermore, SNGP provides complementary benefits to popular techniques such as deep ensembles and data augmentation, making it a simple and scalable building block for probabilistic deep learning. Code is open-sourced at https://github.com/google/uncertainty-baselines

Learning curves provide insight into the dependence of a learner's generalization performance on the training set size. This important tool can be used for model selection, to predict the effect of more training data, and to reduce the computational complexity of model training and hyperparameter tuning. This review recounts the origins of the term, provides a formal definition of the learning curve, and briefly covers basics such as its estimation. Our main contribution is a comprehensive overview of the literature regarding the shape of learning curves. We discuss empirical and theoretical evidence that supports well-behaved curves that often have the shape of a power law or an exponential. We consider the learning curves of Gaussian processes, the complex shapes they can display, and the factors influencing them. We draw specific attention to examples of learning curves that are ill-behaved, showing worse learning performance with more training data. To wrap up, we point out various open problems that warrant deeper empirical and theoretical investigation. All in all, our review underscores that learning curves are surprisingly diverse and no universal model can be identified.

我们理论上和经验地证明，对抗性鲁棒性可以显着受益于半体验学习。从理论上讲，我们重新审视了Schmidt等人的简单高斯模型。这显示了标准和稳健分类之间的示例复杂性差距。我们证明了未标记的数据桥接这种差距：简单的半体验学习程序（自我训练）使用相同数量的达到高标准精度所需的标签实现高的强大精度。经验上，我们增强了CiFar-10，使用50万微小的图像，使用了8000万微小的图像，并使用强大的自我训练来优于最先进的鲁棒精度（i）$ \ ell_ infty $鲁棒性通过对抗培训和（ii）认证$ \ ell_2 $和$ \ ell_ \ infty $鲁棒性通过随机平滑的几个强大的攻击。在SVHN上，添加DataSet自己的额外训练集，删除的标签提供了4到10个点的增益，在使用额外标签的1点之内。

差异隐私（DP）提供了正式的隐私保证，以防止对手可以访问机器学习模型，从而从提取有关单个培训点的信息。最受欢迎的DP训练方法是差异私有随机梯度下降（DP-SGD），它通过在训练过程中注入噪声来实现这种保护。然而，以前的工作发现，DP-SGD通常会导致标准图像分类基准的性能显着降解。此外，一些作者假设DP-SGD在大型模型上固有地表现不佳，因为保留隐私所需的噪声规范与模型维度成正比。相反，我们证明了过度参数化模型上的DP-SGD可以比以前想象的要好得多。将仔细的超参数调整与简单技术结合起来，以确保信号传播并提高收敛速率，我们获得了新的SOTA，而没有额外数据的CIFAR-10，在81.4％的81.4％下（8，10^{ - 5}） - 使用40 -layer wide-Resnet，比以前的SOTA提高了71.7％。当对预训练的NFNET-F3进行微调时，我们在ImageNet（0.5，8*10^{ - 7}）下达到了83.8％的TOP-1精度。此外，我们还在（8，8 \ cdot 10^{ - 7}）下达到了86.7％的TOP-1精度，DP仅比当前的非私人SOTA仅4.3％。我们认为，我们的结果是缩小私人图像分类和非私有图像分类之间准确性差距的重要一步。

对于神经网络的近似贝叶斯推断被认为是标准培训的强大替代品，通常在分发数据上提供良好的性能。然而，贝叶斯神经网络（BNNS）具有高保真近似推断的全批汉密尔顿蒙特卡罗在协变速下实现了较差的普遍，甚至表现不佳的经典估算。我们解释了这种令人惊讶的结果，展示了贝叶斯模型平均值实际上如何存在于协变量的情况下，特别是在输入特征中的线性依赖性导致缺乏后退的情况下。我们还展示了为什么相同的问题不会影响许多近似推理程序，或古典最大A-Bouthiori（地图）培训。最后，我们提出了改善BNN的鲁棒性的新型前锋，对许多协变量转变来源。

我们表明，著名的混音的有效性[Zhang等，2018]，如果而不是将其用作唯一的学习目标，就可以进一步改善它，而是将其用作标准跨侧面损失的附加规则器。这种简单的变化不仅提供了太大的准确性，而且在大多数情况下，在各种形式的协变量转移和分布外检测实验下，在大多数情况下，混合量的预测不确定性估计质量都显着提高了。实际上，我们观察到混合物在检测出分布样本时可能会产生大量退化的性能，因为我们在经验上表现出来，因为它倾向于学习在整个过程中表现出高渗透率的模型。很难区分分布样本与近分离样本。为了显示我们的方法的功效（RegMixup），我们在视觉数据集（Imagenet＆Cifar-10/100）上提供了详尽的分析和实验，并将其与最新方法进行比较，以进行可靠的不确定性估计。