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。

最近证明，接受SGD训练的神经网络优先依赖线性预测的特征，并且可以忽略复杂的，同样可预测的功能。这种简单性偏见可以解释他们缺乏分布（OOD）的鲁棒性。学习任务越复杂，统计工件（即选择偏见，虚假相关性）的可能性就越大比学习的机制更简单。我们证明可以减轻简单性偏差并改善了OOD的概括。我们使用对其输入梯度对齐的惩罚来训练一组类似的模型以不同的方式拟合数据。我们从理论和经验上展示了这会导致学习更复杂的预测模式的学习。 OOD的概括从根本上需要超出I.I.D.示例，例如多个培训环境，反事实示例或其他侧面信息。我们的方法表明，我们可以将此要求推迟到独立的模型选择阶段。我们获得了SOTA的结果，可以在视觉域偏置数据和概括方面进行视觉识别。该方法 - 第一个逃避简单性偏见的方法 - 突出了需要更好地理解和控制深度学习中的归纳偏见。

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。

The ability to quickly and accurately identify covariate shift at test time is a critical and often overlooked component of safe machine learning systems deployed in high-risk domains. While methods exist for detecting when predictions should not be made on out-of-distribution test examples, identifying distributional level differences between training and test time can help determine when a model should be removed from the deployment setting and retrained. In this work, we define harmful covariate shift (HCS) as a change in distribution that may weaken the generalization of a predictive model. To detect HCS, we use the discordance between an ensemble of classifiers trained to agree on training data and disagree on test data. We derive a loss function for training this ensemble and show that the disagreement rate and entropy represent powerful discriminative statistics for HCS. Empirically, we demonstrate the ability of our method to detect harmful covariate shift with statistical certainty on a variety of high-dimensional datasets. Across numerous domains and modalities, we show state-of-the-art performance compared to existing methods, particularly when the number of observed test samples is small.

变异因素之间的相关性在现实数据中普遍存在。机器学习算法可能会受益于利用这种相关性，因为它们可以提高噪声数据的预测性能。然而，通常这种相关性不稳定（例如，它们可能在域，数据集或应用程序之间发生变化），我们希望避免利用它们。解剖学方法旨在学习捕获潜伏子空间变化不同因素的表示。常用方法涉及最小化潜伏子空间之间的相互信息，使得每个潜在的底层属性。但是，当属性相关时，这会失败。我们通过强制执行可用属性上的子空间之间的独立性来解决此问题，这允许我们仅删除不导致的依赖性，这些依赖性是由于训练数据中存在的相关结构。我们通过普发的方法实现这一目标，以最小化关于分类变量的子空间之间的条件互信息（CMI）。我们首先在理论上展示了CMI最小化是对高斯数据线性问题的稳健性解剖的良好目标。然后，我们基于MNIST和Celeba在现实世界数据集上应用我们的方法，并表明它会在相关偏移下产生脱屑和强大的模型，包括弱监督设置。

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.

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.

机器学习（ML）模型通常是针对给定数据集的精度进行优化的。但是，此预测标准很少捕获模型的所有理想属性，特别是它与域专家对任务的理解的匹配程度。指定的是指多种模型的存在，这些模型在其内域准确性上是无法区分的，即使它们在其他期望的属性（例如分布（OOD）性能）上有所不同。确定这些情况对于评估ML模型的可靠性至关重要。我们正式化了指定的概念，并提出了一种识别和部分解决它的方法。我们训练多个模型具有独立约束，迫使他们实施不同的功能。他们发现了预测性特征，否则标准经验风险最小化（ERM）忽略了这些特征，然后我们将其提炼成具有出色OOD性能的全球模型。重要的是，我们限制了模型以与数据歧管保持一致，以确保它们发现有意义的功能。我们在计算机视觉（拼贴，wild-camelyon17，gqa）中演示了多个数据集的方法，并讨论了指定规定的一般含义。最值得注意的是，没有其他假设，内域性能无法用于OOD模型选择。

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。

Deep neural networks are susceptible to shortcut learning, using simple features to achieve low training loss without discovering essential semantic structure. Contrary to prior belief, we show that generative models alone are not sufficient to prevent shortcut learning, despite an incentive to recover a more comprehensive representation of the data than discriminative approaches. However, we observe that shortcuts are preferentially encoded with minimal information, a fact that generative models can exploit to mitigate shortcut learning. In particular, we propose Chroma-VAE, a two-pronged approach where a VAE classifier is initially trained to isolate the shortcut in a small latent subspace, allowing a secondary classifier to be trained on the complementary, shortcut-free latent subspace. In addition to demonstrating the efficacy of Chroma-VAE on benchmark and real-world shortcut learning tasks, our work highlights the potential for manipulating the latent space of generative classifiers to isolate or interpret specific correlations.

大多数机器学习算法的基本假设是培训和测试数据是从相同的底层分布中汲取的。然而，在几乎所有实际应用中违反了这种假设：由于不断变化的时间相关，非典型最终用户或其他因素，机器学习系统经常测试。在这项工作中，我们考虑域泛化的问题设置，其中训练数据被构造成域，并且可能有多个测试时间偏移，对应于新域或域分布。大多数事先方法旨在学习在所有域上执行良好的单一强大模型或不变的功能空间。相比之下，我们的目标是使用未标记的测试点学习适应域转移到域移的模型。我们的主要贡献是介绍自适应风险最小化（ARM）的框架，其中模型被直接优化，以便通过学习来转移以适应培训域来改编。与稳健性，不变性和适应性的先前方法相比，ARM方法提供了在表现域移位的多个图像分类问题上的性能增益为1-4％的测试精度。

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。

Empirical studies suggest that machine learning models trained with empirical risk minimization (ERM) often rely on attributes that may be spuriously correlated with the class labels. Such models typically lead to poor performance during inference for data lacking such correlations. In this work, we explicitly consider a situation where potential spurious correlations are present in the majority of training data. In contrast with existing approaches, which use the ERM model outputs to detect the samples without spurious correlations, and either heuristically upweighting or upsampling those samples; we propose the logit correction (LC) loss, a simple yet effective improvement on the softmax cross-entropy loss, to correct the sample logit. We demonstrate that minimizing the LC loss is equivalent to maximizing the group-balanced accuracy, so the proposed LC could mitigate the negative impacts of spurious correlations. Our extensive experimental results further reveal that the proposed LC loss outperforms the SoTA solutions on multiple popular benchmarks by a large margin, an average 5.5% absolute improvement, without access to spurious attribute labels. LC is also competitive with oracle methods that make use of the attribute labels. Code is available at https://github.com/shengliu66/LC.

机器学习模型与虚假相关性的脆弱性主要在监督学习（SL）的背景下进行了讨论。但是，缺乏对虚假相关性如何影响流行的自学学习（SSL）和基于自动编码器模型（AE）的表现的见解。在这项工作中，我们通过评估这些模型在现实世界和合成分配变化数据集上的性能来阐明这一点。在观察到线性头可能容易受到虚假相关性的观察之后，我们使用对分布外（OOD）数据训练的线性头制定了一种新颖的评估方案，以将预训练模型的性能隔离为潜在的偏差用于评估的线性头。通过这种新方法，我们表明SSL模型始终比AE和SL模型在OOD概括方面始终更健壮，因此在OOD概括方面更好。

当深层神经网络过于依赖培训数据集中的虚假相关性以解决下游任务时，就会发生快捷学习。先前的工作表明，这如何损害深度学习模型的组成概括能力。为了解决这个问题，我们提出了一种新的方法来减轻不受控制的目标域中的快捷方式学习。我们的方法使用附加的数据集（源域）扩展了训练集，该数据集（源域）是专门设计的，旨在促进学习基本视觉因素的独立表示。我们基于我们明确控制快捷机会以及现实世界目标域的合成目标域的想法。此外，我们分析了源域的不同规格和网络体系结构对组成概括的影响。我们的主要发现是，从源域中利用数据是减轻快捷方式学习的有效方法。通过促进学习表示的不同因素的独立性，网络可以学会仅考虑预测因素，并忽略推断期间潜在的快捷因素。

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％）。

研究兴趣大大增加了将数据驱动方法应用于力学问题的问题。尽管传统的机器学习（ML）方法已经实现了许多突破，但它们依赖于以下假设：培训（观察到的）数据和测试（看不见）数据是独立的且分布相同的（i.i.d）。因此，当应用于未知的测试环境和数据分布转移的现实世界力学问题时，传统的ML方法通常会崩溃。相反，分布（OOD）的概括假定测试数据可能会发生变化（即违反I.I.D.假设）。迄今为止，已经提出了多种方法来改善ML方法的OOD概括。但是，由于缺乏针对OOD回归问题的基准数据集，因此这些OOD方法在主导力学领域的回归问题上的效率仍然未知。为了解决这个问题，我们研究了机械回归问题的OOD泛化方法的性能。具体而言，我们确定了三个OOD问题：协变量移位，机制移位和采样偏差。对于每个问题，我们创建了两个基准示例，以扩展机械MNIST数据集收集，并研究了流行的OOD泛化方法在这些机械特定的回归问题上的性能。我们的数值实验表明，在大多数情况下，与传统的ML方法相比，在大多数情况下，在这些OOD问题上的传统ML方法的性能更好，但迫切需要开发更强大的OOD概括方法，这些方法在多个OOD场景中有效。总体而言，我们希望这项研究以及相关的开放访问基准数据集将进一步开发用于机械特定回归问题的OOD泛化方法。

部署在野外的机器学习系统通常在源分布上培训，但部署在不同的目标分布上。未标记的数据可以是用于缓解这些分布班次的强大的利用点，因为它通常比标记数据更具可用。然而，未标记数据的现有分配转换基准不反映现实世界应用中出现的方案的广度。在这项工作中，我们介绍了Wilds 2.0更新，该更新在分发转移的野外基准中扩展了10个数据集中的8个，以包括将在部署中逼真获得的策划未标记数据。为了保持一致性，标记的培训，验证和测试集以及评估度量与原始野外基准中的标记与评估度量完全相同。这些数据集涵盖了广泛的应用程序（从组织学到野生动物保护），任务（分类，回归和检测）和方式（照片，卫星图像，显微镜载玻片，文本，分子图）。我们系统地基准测试最先进的方法，可以利用未标记的数据，包括域不变，自我培训和自我监督方法，并表明他们在野外的成功2.0是有限的。为了方便方法开发和评估，我们提供了一个自动化数据加载的开源包，并包含本文中使用的所有模型架构和方法。代码和排行榜可在https://wilds.stanford.edu获得。

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.

我们考虑无监督的域适应性（UDA），其中使用来自源域（例如照片）的标记数据，而来自目标域（例如草图）的未标记数据用于学习目标域的分类器。常规的UDA方法（例如，域对抗训练）学习域不变特征，以改善对目标域的概括。在本文中，我们表明，对比的预训练，它在未标记的源和目标数据上学习功能，然后在标记的源数据上进行微调，具有强大的UDA方法的竞争力。但是，我们发现对比前训练不会学习域不变特征，这与常规的UDA直觉不同。从理论上讲，我们证明了对比的预训练可以学习在跨域下微调但仍通过解开域和类信息来概括到目标域的特征。我们的结果表明，UDA不需要域的不变性。我们从经验上验证了基准视觉数据集的理论。