分布（OOD）检测对于确保机器学习系统的可靠性和安全性至关重要。例如，在自动驾驶中，我们希望驾驶系统在发现在训练时间中从未见过的异常场景或对象时，发出警报并将控件移交给人类，并且无法做出安全的决定。该术语《 OOD检测》于2017年首次出现，此后引起了研究界的越来越多的关注，从而导致了大量开发的方法，从基于分类到基于密度到基于距离的方法。同时，其他几个问题，包括异常检测（AD），新颖性检测（ND），开放式识别（OSR）和离群检测（OD）（OD），在动机和方法方面与OOD检测密切相关。尽管有共同的目标，但这些主题是孤立发展的，它们在定义和问题设定方面的细微差异通常会使读者和从业者感到困惑。在这项调查中，我们首先提出一个称为广义OOD检测的统一框架，该框架涵盖了上述五个问题，即AD，ND，OSR，OOD检测和OD。在我们的框架下，这五个问题可以看作是特殊情况或子任务，并且更容易区分。然后，我们通过总结了他们最近的技术发展来审查这五个领域中的每一个，特别关注OOD检测方法。我们以公开挑战和潜在的研究方向结束了这项调查。
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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。
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在过去的几年中，关于分类，检测和分割问题的3D学习领域取得了重大进展。现有的绝大多数研究都集中在规范的封闭式条件上，忽略了现实世界的内在开放性。这限制了需要管理新颖和未知信号的自主系统的能力。在这种情况下，利用3D数据可以是有价值的资产，因为它传达了有关感应物体和场景几何形状的丰富信息。本文提供了关于开放式3D学习的首次广泛研究。我们介绍了一种新颖的测试床，其设置在类别语义转移方面的难度增加，并且涵盖了内域（合成之间）和跨域（合成对真实）场景。此外，我们研究了相关的分布情况，并开放了2D文献，以了解其最新方法是否以及如何在3D数据上有效。我们广泛的基准测试在同一连贯的图片中定位了几种算法，从而揭示了它们的优势和局限性。我们的分析结果可能是未来量身定制的开放式3D模型的可靠立足点。
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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。
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随着人工智能的最新进展，可以在人类日常生活的各个方面看到其应用。从语音助手到移动医疗保健和自动驾驶，我们依靠AI方法的性能来完成许多关键任务；因此，必须以适当的手段进行预防损坏的方式主张模型的性能。通常，AI模型的短缺，尤其是深度机器学习，当面对数据分布的变化时，性能下降。尽管如此，在现实世界应用中始终期望这些转变。因此，已经出现了一个研究领域，重点是检测分布外数据子集并实现更全面的概括。此外，由于许多基于深度学习的模型在基准数据集上取得了近乎完美的结果，因此需要评估这些模型的可靠性和可靠性以推向现实世界应用程序的需求，这比以往任何时候都更加强烈。这引起了越来越多的研究领域的研究和领域的概括，这引起了对从各个角度比较这些研究进行比较的调查的需求，并突出了它们的平直和弱点。本文提出了一项调查，除了审查该领域的70多篇论文外，还提出了未来作品的挑战和方向，并为各种类型的数据转移和解决方案提供了统一的外观，以更好地泛化。
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与行业4.0的发展相一致，越来越多的关注被表面缺陷检测领域所吸引。提高效率并节省劳动力成本已稳步成为行业领域引起人们关注的问题，近年来，基于深度学习的算法比传统的视力检查方法更好。尽管现有的基于深度学习的算法偏向于监督学习，但这不仅需要大量标记的数据和大量的劳动力，而且还效率低下，并且有一定的局限性。相比之下，最近的研究表明，无监督的学习在解决视觉工业异常检测的高于缺点方面具有巨大的潜力。在这项调查中，我们总结了当前的挑战，并详细概述了最近提出的针对视觉工业异常检测的无监督算法，涵盖了五个类别，其创新点和框架详细描述了。同时，提供了包含表面图像样本的公开可用数据集的信息。通过比较不同类别的方法，总结了异常检测算法的优点和缺点。预计将协助研究社区和行业发展更广泛，更跨域的观点。
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在运行时检测新颖类的问题称为开放式检测，对于各种现实世界应用，例如医疗应用，自动驾驶等。在深度学习的背景下进行开放式检测涉及解决两个问题：（i）：（i）必须将输入图像映射到潜在表示中，该图像包含足够的信息来检测异常值，并且（ii）必须学习一个可以从潜在表示中提取此信息以识别异常情况的异常评分函数。深度异常检测方法的研究缓慢进展。原因之一可能是大多数论文同时引入了新的表示学习技术和新的异常评分方法。这项工作的目的是通过提供分别衡量表示学习和异常评分的有效性的方法来改善这种方法。这项工作做出了两项方法论贡献。首先是引入甲骨文异常检测的概念，以量化学习潜在表示中可用的信息。第二个是引入Oracle表示学习，该学习产生的表示形式可以保证足以准确的异常检测。这两种技术可帮助研究人员将学习表示的质量与异常评分机制的性能分开，以便他们可以调试和改善系统。这些方法还为通过更好的异常评分机制改善了多少开放类别检测提供了上限。两个牙齿的组合给出了任何开放类别检测方法可以实现的性能的上限。这项工作介绍了这两种Oracle技术，并通过将它们应用于几种领先的开放类别检测方法来演示其实用性。
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背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。
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当前，借助监督学习方法，基于深度学习的视觉检查已取得了非常成功的成功。但是，在实际的工业场景中，缺陷样本的稀缺性，注释的成本以及缺乏缺陷的先验知识可能会使基于监督的方法无效。近年来，无监督的异常定位算法已在工业检查任务中广泛使用。本文旨在通过深入学习在工业图像中无视无视的异常定位中的最新成就来帮助该领域的研究人员。该调查回顾了120多个重要出版物，其中涵盖了异常定位的各个方面，主要涵盖了所审查方法的各种概念，挑战，分类法，基准数据集和定量性能比较。在审查迄今为止的成就时，本文提供了一些未来研究方向的详细预测和分析。这篇综述为对工业异常本地化感兴趣的研究人员提供了详细的技术信息，并希望将其应用于其他领域的异常本质。
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检测分销（OOD）输入是安全部署现实世界中的机器学习模型的中央挑战。以前的方法通常依赖于从过度分辨率的重量空间衍生的评分，同时在很大程度上忽略了稀疏的作用。在本文中，我们揭示了重要的见解，即依赖对不重要的权重和单位可以直接归因于“ood检测的脆性”。为了减轻这个问题，我们提出了一个基于稀疏的oo ood检测框架被称为骰子。我们的关键思想是基于贡献的衡量标准进行排序，并选择性地使用最突出的重量来导出OOD检测的输出。我们提供了实证和理论洞察力，表征和解释了骰子改善的机制。通过修剪嘈杂的信号，骰子可否降低OOD数据的输出方差，从而导致输出分布和更强的ID数据可分离。骰子表现出色，与先前的最佳方法相比，将FPR95减少至多24.69％。
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分布（OOD）检测是在开放世界中部署机器学习模型的关键任务。基于距离的方法已经证明了有望，如果测试样品离分布（ID）数据相对遥远，则将测试样品视为OOD。但是，先前的方法对基础特征空间施加了强有力的分布假设，这可能并不总是存在。在本文中，我们探讨了非参数最近邻居距离的疗效，以检测OOD，这在文献中很大程度上被忽略了。与先前的工作不同，我们的方法不会施加任何分布假设，因此提供了更强的灵活性和一般性。我们证明了在几个基准测试中基于邻元的OOD检测的有效性，并建立了卓越的性能。在对Imagenet-1K训练的同一模型下，我们的方法将假阳性率（FPR@tpr95）降低了24.77％，与强大的基线SSD+相比，使用参数方法Mahalanobis在检测中。可用代码：https：//github.com/deeplearning-wisc/knn-ood。
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We aim for image-based novelty detection. Despite considerable progress, existing models either fail or face a dramatic drop under the so-called "near-distribution" setting, where the differences between normal and anomalous samples are subtle. We first demonstrate existing methods experience up to 20% decrease in performance in the near-distribution setting. Next, we propose to exploit a score-based generative model to produce synthetic near-distribution anomalous data. Our model is then fine-tuned to distinguish such data from the normal samples. We provide a quantitative as well as qualitative evaluation of this strategy, and compare the results with a variety of GAN-based models. Effectiveness of our method for both the near-distribution and standard novelty detection is assessed through extensive experiments on datasets in diverse applications such as medical images, object classification, and quality control. This reveals that our method considerably improves over existing models, and consistently decreases the gap between the near-distribution and standard novelty detection performance. The code repository is available at https://github.com/rohban-lab/FITYMI.
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广义零射击学习（GZSL）旨在培训一个模型，以在某些输出类别在监督学习过程中未知的情况下对数据样本进行分类。为了解决这一具有挑战性的任务，GZSL利用可见的（源）和看不见的（目标）类的语义信息来弥合所见类和看不见的类之间的差距。自引入以来，已经制定了许多GZSL模型。在这篇评论论文中，我们介绍了有关GZSL的全面评论。首先，我们提供了GZSL的概述，包括问题和挑战。然后，我们为GZSL方法介绍了分层分类，并讨论了每个类别中的代表性方法。此外，我们讨论了GZSL的可用基准数据集和应用程序，以及有关研究差距和未来研究方向的讨论。
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2021-03-02
机器学习系统通常假设训练和测试分布是相同的。为此，关键要求是开发可以概括到未经看不见的分布的模型。领域泛化（DG），即分销概括，近年来引起了越来越令人利益。域概括处理了一个具有挑战性的设置，其中给出了一个或几个不同但相关域，并且目标是学习可以概括到看不见的测试域的模型。多年来，域概括地区已经取得了巨大进展。本文提出了对该地区最近进步的首次审查。首先，我们提供了域泛化的正式定义，并讨论了几个相关领域。然后，我们彻底审查了与域泛化相关的理论，并仔细分析了泛化背后的理论。我们将最近的算法分为三个类：数据操作，表示学习和学习策略，并为每个类别详细介绍几种流行的算法。第三，我们介绍常用的数据集，应用程序和我们的开放源代码库进行公平评估。最后，我们总结了现有文学，并为未来提供了一些潜在的研究主题。
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Time series anomaly detection has applications in a wide range of research fields and applications, including manufacturing and healthcare. The presence of anomalies can indicate novel or unexpected events, such as production faults, system defects, or heart fluttering, and is therefore of particular interest. The large size and complex patterns of time series have led researchers to develop specialised deep learning models for detecting anomalous patterns. This survey focuses on providing structured and comprehensive state-of-the-art time series anomaly detection models through the use of deep learning. It providing a taxonomy based on the factors that divide anomaly detection models into different categories. Aside from describing the basic anomaly detection technique for each category, the advantages and limitations are also discussed. Furthermore, this study includes examples of deep anomaly detection in time series across various application domains in recent years. It finally summarises open issues in research and challenges faced while adopting deep anomaly detection models.
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对于在开放世界中部署的机器学习模型是必不可少的。最近，在训练期间（也称为离群暴露）在训练期间使用辅助外离群值数据集已显示出令人鼓舞的性能。由于潜在的OOD数据的样本空间可能是过大的，因此进行抽样信息的异常值至关重要。在这项工作中，我们提出了一种新型的基于后取样的离群矿井诗歌诗，该诗歌有助于有效利用异常数据，并促进了ID和OOD数据之间的紧凑决策边界，以改善检测。我们表明，诗在普通基准上建立了最先进的表现。与当前使用贪婪采样策略的最佳方法相比，诗在CIFAR-10和CIFAR-100上分别提高了相对性能的42.0％和24.2％（FPR95）。我们进一步提供了有关诗歌检测有效性的理论见解。
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我们考虑使用深度神经网络时检测到（分发外）输入数据的问题，并提出了一种简单但有效的方法来提高几种流行的ood检测方法对标签换档的鲁棒性。我们的作品是通过观察到的，即大多数现有的OOD检测算法考虑整个训练/测试数据，无论每个输入激活哪个类进入（级别差异）。通过广泛的实验，我们发现这种做法导致探测器，其性能敏感，易于标记换档。为了解决这个问题，我们提出了一种类别的阈值方案，可以适用于大多数现有的OOD检测算法，并且即使在测试分布的标签偏移存在下也可以保持相似的OOD检测性能。
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Novelty detection, i.e., identifying whether a given sample is drawn from outside the training distribution, is essential for reliable machine learning. To this end, there have been many attempts at learning a representation well-suited for novelty detection and designing a score based on such representation. In this paper, we propose a simple, yet effective method named contrasting shifted instances (CSI), inspired by the recent success on contrastive learning of visual representations. Specifically, in addition to contrasting a given sample with other instances as in conventional contrastive learning methods, our training scheme contrasts the sample with distributionally-shifted augmentations of itself. Based on this, we propose a new detection score that is specific to the proposed training scheme. Our experiments demonstrate the superiority of our method under various novelty detection scenarios, including unlabeled one-class, unlabeled multi-class and labeled multi-class settings, with various image benchmark datasets. Code and pre-trained models are available at https://github.com/alinlab/CSI.
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由于其实际重要性，在提高神经网络安全部署方面的实际重要性，最近经济分配（OOD）检测最近受到了很大的关注。其中一个主要挑战是模型往往会对OOD数据产生高度自信的预测，这在ood检测中破坏了驾驶原理，即该模型应该仅对分布式样品充满信心。在这项工作中，我们提出了反应 - 一种简单有效的技术，用于减少对数据数据的模型过度限制。我们的方法是通过关于神经网络内部激活的新型分析，其为OOD分布显示出高度独特的签名模式。我们的方法可以有效地拓展到不同的网络架构和不同的OOD检测分数。我们经验证明，反应在全面的基准数据集套件上实现了竞争检测性能，并为我们的方法进行了理论解释。与以前的最佳方法相比，在ImageNet基准测试中，反应将假阳性率（FPR95）降低25.05％。
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开放式识别使深度神经网络（DNN）能够识别未知类别的样本，同时在已知类别的样本上保持高分类精度。基于自动编码器（AE）和原型学习的现有方法在处理这项具有挑战性的任务方面具有巨大的潜力。在这项研究中，我们提出了一种新的方法，称为类别特定的语义重建（CSSR），该方法整合了AE和原型学习的力量。具体而言，CSSR用特定于类的AE表示的歧管替代了原型点。与传统的基于原型的方法不同，CSSR在单个AE歧管上的每个已知类模型，并通过AE的重建误差来测量类归属感。特定于类的AE被插入DNN主链的顶部，并重建DNN而不是原始图像所学的语义表示。通过端到端的学习，DNN和AES互相促进，以学习歧视性和代表性信息。在多个数据集上进行的实验结果表明，所提出的方法在封闭式和开放式识别中都达到了出色的性能，并且非常简单且灵活地将其纳入现有框架中。
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