持续的学习是遭受灾难性的遗忘，这是一个早期学识渊博的概念被遗忘的现象，以牺牲更新的样本。在这项工作中，我们挑战持续学习不可避免地与灾难性忘记相关的假设，通过展示一系列令人惊讶的是在不断学习时令人惊讶地没有灾难性的遗忘遗忘。我们提供了证据表明，这些重建类型任务表现出正向转移，并且单视网型重建随着时间的推移提高了学习和新型类别的性能。通过查看顺序学习任务的产出分配转移，我们提供了对知识转移能力的新颖分析。最后，我们表明这些任务的稳健性导致具有用于连续分类的代理代表学习任务的可能性。可以在https://github.com/rehg-lab/lrorec中找到与本文发布的CodeBase，DataSet和预训练模型。

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.

Artificial neural networks thrive in solving the classification problem for a particular rigid task, acquiring knowledge through generalized learning behaviour from a distinct training phase. The resulting network resembles a static entity of knowledge, with endeavours to extend this knowledge without targeting the original task resulting in a catastrophic forgetting. Continual learning shifts this paradigm towards networks that can continually accumulate knowledge over different tasks without the need to retrain from scratch. We focus on task incremental classification, where tasks arrive sequentially and are delineated by clear boundaries. Our main contributions concern (1) a taxonomy and extensive overview of the state-of-the-art; (2) a novel framework to continually determine the stability-plasticity trade-off of the continual learner; (3) a comprehensive experimental comparison of 11 state-of-the-art continual learning methods and 4 baselines. We empirically scrutinize method strengths and weaknesses on three benchmarks, considering Tiny Imagenet and large-scale unbalanced iNaturalist and a sequence of recognition datasets. We study the influence of model capacity, weight decay and dropout regularization, and the order in which the tasks are presented, and qualitatively compare methods in terms of required memory, computation time and storage.

人类的持续学习（CL）能力与稳定性与可塑性困境密切相关，描述了人类如何实现持续的学习能力和保存的学习信息。自发育以来，CL的概念始终存在于人工智能（AI）中。本文提出了对CL的全面审查。与之前的评论不同，主要关注CL中的灾难性遗忘现象，本文根据稳定性与可塑性机制的宏观视角来调查CL。类似于生物对应物，“智能”AI代理商应该是I）记住以前学到的信息（信息回流）; ii）不断推断新信息（信息浏览:); iii）转移有用的信息（信息转移），以实现高级CL。根据分类学，评估度量，算法，应用以及一些打开问题。我们的主要贡献涉及I）从人工综合情报层面重新检查CL; ii）在CL主题提供详细和广泛的概述; iii）提出一些关于CL潜在发展的新颖思路。

人类智慧的主食是以不断的方式获取知识的能力。在Stark对比度下，深网络忘记灾难性，而且为此原因，类增量连续学习促进方法的子字段逐步学习一系列任务，将顺序获得的知识混合成综合预测。这项工作旨在评估和克服我们以前提案黑暗体验重播（Der）的陷阱，这是一种简单有效的方法，将排练和知识蒸馏结合在一起。灵感来自于我们的思想不断重写过去的回忆和对未来的期望，我们赋予了我的能力，即我的能力来修改其重播记忆，以欢迎有关过去数据II的新信息II）为学习尚未公开的课程铺平了道路。我们表明，这些策略的应用导致了显着的改进;实际上，得到的方法 - 被称为扩展-DAR（X-DER） - 优于标准基准（如CiFar-100和MiniimAgeNet）的技术状态，并且这里引入了一个新颖的。为了更好地了解，我们进一步提供了广泛的消融研究，以证实并扩展了我们以前研究的结果（例如，在持续学习设置中知识蒸馏和漂流最小值的价值）。

持续学习（CL）旨在从依次到达的任务中学习，而无需忘记以前的任务。尽管CL算法试图在到目前为止所学的所有任务中实现更高的平均测试准确性，但学习对成功的概括和下游转移至关重要。为了衡量代表性质量，我们仅使用一个小平衡数据集对所有任务进行重新培训，从而评估平均准确性，而无需对当前任务进行任何偏见的预测。我们还测试了几个下游任务，测量了学习表示的转移学习准确性。通过测试我们在Imagenet-100和Imagenet-1000上的新形式主义，我们发现使用更多的示例记忆是在学习的表示形式中产生有意义差异的唯一选择，以及大多数基于正则化或蒸馏的CL算法，都使用了示例记忆无法在课堂学习学习中学习不断有用的表示。令人惊讶的是，具有足够记忆大小的无监督（或自制的）CL可以达到与受监督对应物相当的性能。考虑到非平凡的标签成本，我们声称找到更有效的无监督CL算法，这些算法最少使用示例性记忆将是CL研究的下一个有希望的方向。

现代ML方法在培训数据是IID，大规模和良好标记的时候Excel。在不太理想的条件下学习仍然是一个开放的挑战。在不利条件下，几次射击，持续的，转移和代表学习的子场在学习中取得了很大的进步;通过方法和见解，每个都提供了独特的优势。这些方法解决了不同的挑战，例如依次到达的数据或稀缺的训练示例，然而，在部署之前，ML系统将面临困难的条件。因此，需要可以处理实际设置中许多学习挑战的一般ML系统。为了促进一般ML方法目标的研究，我们介绍了一个新的统一评估框架 - 流体（灵活的顺序数据）。流体集成了几次拍摄，持续的，转移和表示学习的目标，同时能够比较和整合这些子场的技术。在流体中，学习者面临数据流，并且必须在选择如何更新自身时进行顺序预测，快速调整到新颖的类别，并处理更改的数据分布;虽然会计计算总额。我们对广泛的方法进行实验，这些方法阐述了新的洞察当前解决方案的优缺点并表明解决了新的研究问题。作为更一般方法的起点，我们展示了两种新的基线，其在流体上优于其他评估的方法。项目页面：https：//raivn.cs.washington.edu/projects/fluid/。

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).

Continual Learning is considered a key step toward next-generation Artificial Intelligence. Among various methods, replay-based approaches that maintain and replay a small episodic memory of previous samples are one of the most successful strategies against catastrophic forgetting. However, since forgetting is inevitable given bounded memory and unbounded tasks, how to forget is a problem continual learning must address. Therefore, beyond simply avoiding catastrophic forgetting, an under-explored issue is how to reasonably forget while ensuring the merits of human memory, including 1. storage efficiency, 2. generalizability, and 3. some interpretability. To achieve these simultaneously, our paper proposes a new saliency-augmented memory completion framework for continual learning, inspired by recent discoveries in memory completion separation in cognitive neuroscience. Specifically, we innovatively propose to store the part of the image most important to the tasks in episodic memory by saliency map extraction and memory encoding. When learning new tasks, previous data from memory are inpainted by an adaptive data generation module, which is inspired by how humans complete episodic memory. The module's parameters are shared across all tasks and it can be jointly trained with a continual learning classifier as bilevel optimization. Extensive experiments on several continual learning and image classification benchmarks demonstrate the proposed method's effectiveness and efficiency.

卷积神经网络在分类方面表现出了显着的结果，但在即时学习新事物方面挣扎。我们提出了一种新颖的彩排方法，其中深度神经网络正在不断学习新的看不见的对象类别，而无需保存任何先前序列的数据。我们的方法称为召回，因为网络通过在培训新类别之前计算旧类别的逻辑来回忆类别。然后在培训期间使用这些，以避免更改旧类别。对于每个新序列，都会添加一个新的头部以适应新类别。为了减轻遗忘，我们提出了一种正规化策略，在该策略中我们用回归替换分类。此外，对于已知类别，我们提出了一个玛哈拉氏症损失，其中包括差异，以说明已知类别和未知类别之间的密度变化。最后，我们提供了一个用于持续学习的新颖数据集，尤其是适用于移动机器人（Hows-CL-25）上的对象识别的数据集，其中包括25个家庭对象类别的150,795个合成图像。我们的方法回忆起优于Core50和ICIFAR-100上的艺术现状，并在HOWS-CL-25上取得了最佳性能。

Figure 1: DeepSDF represents signed distance functions (SDFs) of shapes via latent code-conditioned feed-forward decoder networks. Above images are raycast renderings of DeepSDF interpolating between two shapes in the learned shape latent space. Best viewed digitally.

根据互补学习系统（CLS）理论〜\ cite {mcclelland1995there}在神经科学中，人类通过两个补充系统有效\ emph {持续学习}：一种快速学习系统，以海马为中心，用于海马，以快速学习细节，个人体验，个人体验，个人体验，个人体验，个人体验，个人体验，个人体验，个人体验的快速学习， ;以及位于新皮层中的缓慢学习系统，以逐步获取有关环境的结构化知识。在该理论的激励下，我们提出\ emph {dualnets}（对于双网络），这是一个一般的持续学习框架，该框架包括一个快速学习系统，用于监督从特定任务和慢速学习系统中的模式分离代表学习，用于表示任务的慢学习系统 - 不可知论的一般代表通过自我监督学习（SSL）。双网符可以无缝地将两种表示类型纳入整体框架中，以促进在深层神经网络中更好地持续学习。通过广泛的实验，我们在各种持续的学习协议上展示了双网络的有希望的结果，从标准离线，任务感知设置到具有挑战性的在线，无任务的场景。值得注意的是，在Ctrl〜 \ Cite {veniat2020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202021- coite {ostapenko2021-continual}的基准中。此外，我们进行了全面的消融研究，以验证双nets功效，鲁棒性和可伸缩性。代码可在\ url {https://github.com/phquang/dualnet}上公开获得。

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.

当自我监督的模型已经显示出比在规模上未标记的数据训练的情况下的监督对方的可比视觉表现。然而，它们的功效在持续的学习（CL）场景中灾难性地减少，其中数据被顺序地向模型呈现给模型。在本文中，我们表明，通过添加将表示的当前状态映射到其过去状态，可以通过添加预测的网络来无缝地转换为CL的蒸馏机制。这使我们能够制定一个持续自我监督的视觉表示的框架，学习（i）显着提高了学习象征的质量，（ii）与若干最先进的自我监督目标兼容（III）几乎没有近似参数调整。我们通过在各种CL设置中培训六种受欢迎的自我监督模型来证明我们的方法的有效性。

我们提出了一个统一的查看，即通过通用表示，一个深层神经网络共同学习多个视觉任务和视觉域。同时学习多个问题涉及最大程度地减少具有不同幅度和特征的多个损失函数的加权总和，从而导致一个损失的不平衡状态，与学习每个问题的单独模型相比，一个损失的不平衡状态主导了优化和差的结果。为此，我们提出了通过小容量适配器将多个任务/特定于域网络的知识提炼到单个深神经网络中的知识。我们严格地表明，通用表示在学习NYU-V2和CityScapes中多个密集的预测问题方面实现了最新的表现，来自视觉Decathlon数据集中的不同域中的多个图像分类问题以及MetadataSet中的跨域中的几个域中学习。最后，我们还通过消融和定性研究进行多次分析。

代表物体粒度的场景是场景理解和决策的先决条件。我们提出PrisMoNet，一种基于先前形状知识的新方法，用于学习多对象3D场景分解和来自单个图像的表示。我们的方法学会在平面曲面上分解具有多个对象的合成场景的图像，进入其组成场景对象，并从单个视图推断它们的3D属性。经常性编码器从输入的RGB图像中回归3D形状，姿势和纹理的潜在表示。通过可差异化的渲染，我们培训我们的模型以自我监督方式从RGB-D图像中分解场景。 3D形状在功能空间中连续表示，作为我们以监督方式从示例形状预先训练的符号距离函数。这些形状的前沿提供弱监管信号，以更好地条件挑战整体学习任务。我们评估我们模型在推断3D场景布局方面的准确性，展示其生成能力，评估其对真实图像的概括，并指出了学习的表示的益处。

持续学习（CL）旨在开发单一模型适应越来越多的任务的技术，从而潜在地利用跨任务的学习以资源有效的方式。 CL系统的主要挑战是灾难性的遗忘，在学习新任务时忘记了早期的任务。为了解决此问题，基于重播的CL方法在遇到遇到任务中选择的小缓冲区中维护和重复培训。我们提出梯度Coreset重放（GCR），一种新颖的重播缓冲区选择和使用仔细设计的优化标准的更新策略。具体而言，我们选择并维护一个“Coreset”，其与迄今为止关于当前模型参数的所有数据的梯度紧密近似，并讨论其有效应用于持续学习设置所需的关键策略。在学习的离线持续学习环境中，我们在最先进的最先进的最先进的持续学习环境中表现出显着的收益（2％-4％）。我们的调查结果还有效地转移到在线/流媒体CL设置，从而显示现有方法的5％。最后，我们展示了持续学习的监督对比损失的价值，当与我们的子集选择策略相结合时，累计增益高达5％。

本文认为，连续学习方法可以通过分割多种模型的学习者的容量来利益。我们使用统计学习理论和实验分析来展示多种任务在单个型号培训时以非琐碎的方式互相交互。特定任务上的泛化误差可以随着协同任务培训，但在竞争任务训练时也可以恶化。该理论激励了我们名为Model动物园的方法，这是从升压文献的启发，增长了小型型号的集合，每个集中都在持续学习的一集中训练。我们展示了模型动物园的准确性提高了各种持续学习基准问题。

从单个2D图像推断3D位置和多个对象的形状是计算机视觉的长期目标。大多数现有的作品都预测这些3D属性之一或专注于解决单个对象。一个基本挑战在于如何学习适合3D检测和重建的图像的有效表示。在这项工作中，我们建议从输入图像中学习3D体素特征的常规网格，其通过3D特征升降操作员与3D场景空间对齐。基于3D体素特征，我们的新型中心-3D检测头在3D空间中配制了3D检测作为关键点检测。此外，我们设计了一种高效的粗致细重建模块，包括粗级体轴和新的本地PCA-SDF形状表示，其能够精细的细节重建和比现有方法更快地推理的阶数。通过3D检测和重建的互补监督，可以使3D体素特征成为几何和上下文保留，从而通过单个对象中的3D检测和重建来证明我们的方法的有效性和多个对象场景。

机器学习模型通常会遇到与训练分布不同的样本。无法识别分布（OOD）样本，因此将该样本分配给课堂标签会显着损害模​​型的可靠性。由于其对在开放世界中的安全部署模型的重要性，该问题引起了重大关注。由于对所有可能的未知分布进行建模的棘手性，检测OOD样品是具有挑战性的。迄今为止，一些研究领域解决了检测陌生样本的问题，包括异常检测，新颖性检测，一级学习，开放式识别识别和分布外检测。尽管有相似和共同的概念，但分别分布，开放式检测和异常检测已被独立研究。因此，这些研究途径尚未交叉授粉，创造了研究障碍。尽管某些调查打算概述这些方法，但它们似乎仅关注特定领域，而无需检查不同领域之间的关系。这项调查旨在在确定其共同点的同时，对各个领域的众多著名作品进行跨域和全面的审查。研究人员可以从不同领域的研究进展概述中受益，并协同发展未来的方法。此外，据我们所知，虽然进行异常检测或单级学习进行了调查，但没有关于分布外检测的全面或最新的调查，我们的调查可广泛涵盖。最后，有了统一的跨域视角，我们讨论并阐明了未来的研究线，打算将这些领域更加紧密地融为一体。