一种广泛使用的传输学习算法是微调的，其中预先接受的模型在具有少量标记数据的目标任务上进行微调。当预训练模型的容量大于目标数据集的大小时，微调容易过度，并“记忆”训练标签。因此，一个重要的问题是规范微调，并确保其对噪声的鲁棒性。为了解决这个问题，我们首先分析微调的泛化属性。我们介绍了PAC-Bayes泛化界定，这取决于在微调和微调模型的噪声稳定期间在每层中行进的距离。我们经验衡量这些数量。根据分析，我们建议正规化的自我标签 - 正规化和自我标记方法之间的插值，包括（i）层明智的正则化，以限制在每层中行进的距离; （ii）自我标记 - 纠正和标签重新重复纠正错误标记的数据点（模型是自信的）和重新重复的自信数据点。我们在使用多个预先训练的模型体系结构上验证我们的方法和文本数据集的广泛集合和文本数据集。我们的方法将基线方法提高了1.76％（平均），可实现七种图像分类任务和0.75％，为几次拍摄的分类任务。当目标数据集包括嘈杂的标签时，我们的方法在两个嘈杂的设置中平均优于基线方法3.56％。

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。

作为标签噪声，最受欢迎的分布变化之一，严重降低了深度神经网络的概括性能，具有嘈杂标签的强大训练正在成为现代深度学习中的重要任务。在本文中，我们提出了我们的框架，在子分类器（ALASCA）上创造了自适应标签平滑，该框架提供了具有理论保证和可忽略的其他计算的可靠特征提取器。首先，我们得出标签平滑（LS）会产生隐式Lipschitz正则化（LR）。此外，基于这些推导，我们将自适应LS（ALS）应用于子分类器架构上，以在中间层上的自适应LR的实际应用。我们对ALASCA进行了广泛的实验，并将其与以前的几个数据集上的噪声燃烧方法相结合，并显示我们的框架始终优于相应的基线。

最近关于使用嘈杂标签的学习的研究通过利用小型干净数据集来显示出色的性能。特别是，基于模型不可知的元学习的标签校正方法进一步提高了性能，通过纠正了嘈杂的标签。但是，标签错误矫予没有保障措施，导致不可避免的性能下降。此外，每个训练步骤都需要至少三个背部传播，显着减慢训练速度。为了缓解这些问题，我们提出了一种强大而有效的方法，可以在飞行中学习标签转换矩阵。采用转换矩阵使分类器对所有校正样本持怀疑态度，这减轻了错误的错误问题。我们还介绍了一个双头架构，以便在单个反向传播中有效地估计标签转换矩阵，使得估计的矩阵紧密地遵循由标签校正引起的移位噪声分布。广泛的实验表明，我们的方法在训练效率方面表现出比现有方法相当或更好的准确性。

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.

我们提出了自适应培训 - 一种统一的培训算法，通过模型预测动态校准并增强训练过程，而不会产生额外的计算成本 - 以推进深度神经网络的监督和自我监督的学习。我们分析了培训数据的深网络培训动态，例如随机噪声和对抗例。我们的分析表明，模型预测能够在数据中放大有用的基础信息，即使在没有任何标签信息的情况下，这种现象也会发生，突出显示模型预测可能会产生培训过程：自适应培训改善了深网络的概括在噪音下，增强自我监督的代表学习。分析还阐明了解深度学习，例如，在经验风险最小化和最新的自我监督学习算法的折叠问题中对最近发现的双重现象的潜在解释。在CIFAR，STL和Imagenet数据集上的实验验证了我们在三种应用中的方法的有效性：用标签噪声，选择性分类和线性评估进行分类。为了促进未来的研究，该代码已在HTTPS://github.com/layneh/Self-Aveptive-训练中公开提供。

作为主导范式，微调目标数据的预先训练模型广泛用于许多深度学习应用，特别是对于小数据集。然而，最近的研究已经明确表明，一旦培训迭代的数量增加，划痕训练都没有比这一训练前策略更糟糕的最终表现。在这项工作中，我们从学习理论中流行的泛化分析的角度重新审视这种现象。我们的结果表明，最终预测精度可能具有对预训练模型的弱依赖性，特别是在大训练迭代的情况下。观察激励我们利用预训练预调整的数据，因为此数据也可用于微调。使用预训练数据的泛化结果表明，当适当的预训练数据包含在微调中时，可以提高目标任务的最终性能。随着理论发现的洞察力，我们提出了一种新颖的选择策略来选择从预训练数据中的子集，以帮助改善目标任务的概括。 8个基准数据集上的图像分类任务的广泛实验结果验证了基于数据选择的微调管道的有效性。

最近已证明自我监督的对比学习（CL）非常有效地防止深网贴上嘈杂的标签。尽管取得了经验成功，但对对比度学习对增强鲁棒性的影响的理论理解非常有限。在这项工作中，我们严格地证明，通过对比度学习学到的表示矩阵可以通过：（i）与数据中每个子类相对应的一个突出的奇异值来增强鲁棒性，并显着较小的剩余奇异值； （ii）{{显着的单数矢量与每个子类的干净标签之间的一个很大的对齐。以上属性使对此类表示的线性层能够有效地学习干净的标签，而不会过度适应噪音。}我们进一步表明，通过对比度学习预先训练的深网的雅各比式的低级别结构使他们能够获得优越的最初的性能是在嘈杂的标签上进行微调时。最后，我们证明了对比度学习提供的最初鲁棒性使鲁棒训练方法能够在极端噪声水平下实现最先进的性能，例如平均27.18 \％\％和15.58 \％\％\％\％\％cifar-10上的提高和80 \％对称嘈杂标签的CIFAR-100，网络视频的准确性提高4.11 \％。

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。

除了使用硬标签的标准监督学习外，通常在许多监督学习设置中使用辅助损失来改善模型的概括。例如，知识蒸馏增加了第二个教师模仿模型训练的损失，在该培训中，教师可能是一个验证的模型，可以输出比标签更丰富的分布。同样，在标记数据有限的设置中，弱标记信息以标签函数的形式使用。此处引入辅助损失来对抗标签函数，这些功能可能是基于嘈杂的规则的真实标签近似值。我们解决了学习以原则性方式结合这些损失的问题。我们介绍AMAL，该AMAL使用元学习在验证度量上学习实例特定的权重，以实现损失的最佳混合。在许多知识蒸馏和规则降解域中进行的实验表明，Amal在这些领域中对竞争基准的增长可显着。我们通过经验分析我们的方法，并分享有关其提供性能提升的机制的见解。

In the presence of noisy labels, designing robust loss functions is critical for securing the generalization performance of deep neural networks. Cross Entropy (CE) loss has been shown to be not robust to noisy labels due to its unboundedness. To alleviate this issue, existing works typically design specialized robust losses with the symmetric condition, which usually lead to the underfitting issue. In this paper, our key idea is to induce a loss bound at the logit level, thus universally enhancing the noise robustness of existing losses. Specifically, we propose logit clipping (LogitClip), which clamps the norm of the logit vector to ensure that it is upper bounded by a constant. In this manner, CE loss equipped with our LogitClip method is effectively bounded, mitigating the overfitting to examples with noisy labels. Moreover, we present theoretical analyses to certify the noise-tolerant ability of LogitClip. Extensive experiments show that LogitClip not only significantly improves the noise robustness of CE loss, but also broadly enhances the generalization performance of popular robust losses.

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。

In today's heavily overparameterized models, the value of the training loss provides few guarantees on model generalization ability. Indeed, optimizing only the training loss value, as is commonly done, can easily lead to suboptimal model quality. Motivated by prior work connecting the geometry of the loss landscape and generalization, we introduce a novel, effective procedure for instead simultaneously minimizing loss value and loss sharpness. In particular, our procedure, Sharpness-Aware Minimization (SAM), seeks parameters that lie in neighborhoods having uniformly low loss; this formulation results in a minmax optimization problem on which gradient descent can be performed efficiently. We present empirical results showing that SAM improves model generalization across a variety of benchmark datasets (e.g., CIFAR-{10, 100}, Ima-geNet, finetuning tasks) and models, yielding novel state-of-the-art performance for several. Additionally, we find that SAM natively provides robustness to label noise on par with that provided by state-of-the-art procedures that specifically target learning with noisy labels. We open source our code at https: //github.com/google-research/sam. * Work done as part of the Google AI Residency program.

研究神经网络中重量扰动的敏感性及其对模型性能的影响，包括泛化和鲁棒性，是一种积极的研究主题，因为它对模型压缩，泛化差距评估和对抗攻击等诸如模型压缩，泛化差距评估和对抗性攻击的广泛机器学习任务。在本文中，我们在重量扰动下的鲁棒性方面提供了前馈神经网络的第一积分研究和分析及其在体重扰动下的泛化行为。我们进一步设计了一种新的理论驱动损失功能，用于培训互动和强大的神经网络免受重量扰动。进行实证实验以验证我们的理论分析。我们的结果提供了基本洞察，以表征神经网络免受重量扰动的泛化和鲁棒性。

We study the ability of foundation models to learn representations for classification that are transferable to new, unseen classes. Recent results in the literature show that representations learned by a single classifier over many classes are competitive on few-shot learning problems with representations learned by special-purpose algorithms designed for such problems. We offer an explanation for this phenomenon based on the concept of class-features variability collapse, which refers to the training dynamics of deep classification networks where the feature embeddings of samples belonging to the same class tend to concentrate around their class means. More specifically, we examine the few-shot error of the learned feature map, which is the classification error of the nearest class-center classifier using centers learned from a small number of random samples from each class. Assuming that the classes appearing in the data are selected independently from a distribution, we show that the few-shot error generalizes from the training data to unseen test data, and we provide an upper bound on the expected few-shot error for new classes (selected from the same distribution) using the average few-shot error for the source classes. Additionally, we show that the few-shot error on the training data can be upper bounded using the degree of class-features variability collapse. This suggests that foundation models can provide feature maps that are transferable to new downstream tasks even with limited data available.

在许多情况下，更简单的模型比更复杂的模型更可取，并且该模型复杂性的控制是机器学习中许多方法的目标，例如正则化，高参数调整和体系结构设计。在深度学习中，很难理解复杂性控制的潜在机制，因为许多传统措施并不适合深度神经网络。在这里，我们开发了几何复杂性的概念，该概念是使用离散的dirichlet能量计算的模型函数变异性的量度。使用理论论据和经验结果的结合，我们表明，许多常见的训练启发式方法，例如参数规范正规化，光谱规范正则化，平稳性正则化，隐式梯度正则化，噪声正则化和参数初始化的选择，都可以控制几何学复杂性，并提供一个统一的框架，以表征深度学习模型的行为。

We demonstrate that self-learning techniques like entropy minimization and pseudo-labeling are simple and effective at improving performance of a deployed computer vision model under systematic domain shifts. We conduct a wide range of large-scale experiments and show consistent improvements irrespective of the model architecture, the pre-training technique or the type of distribution shift. At the same time, self-learning is simple to use in practice because it does not require knowledge or access to the original training data or scheme, is robust to hyperparameter choices, is straight-forward to implement and requires only a few adaptation epochs. This makes self-learning techniques highly attractive for any practitioner who applies machine learning algorithms in the real world. We present state-of-the-art adaptation results on CIFAR10-C (8.5% error), ImageNet-C (22.0% mCE), ImageNet-R (17.4% error) and ImageNet-A (14.8% error), theoretically study the dynamics of self-supervised adaptation methods and propose a new classification dataset (ImageNet-D) which is challenging even with adaptation.

Deep neural networks have been shown to be very powerful modeling tools for many supervised learning tasks involving complex input patterns. However, they can also easily overfit to training set biases and label noises. In addition to various regularizers, example reweighting algorithms are popular solutions to these problems, but they require careful tuning of additional hyperparameters, such as example mining schedules and regularization hyperparameters. In contrast to past reweighting methods, which typically consist of functions of the cost value of each example, in this work we propose a novel meta-learning algorithm that learns to assign weights to training examples based on their gradient directions. To determine the example weights, our method performs a meta gradient descent step on the current mini-batch example weights (which are initialized from zero) to minimize the loss on a clean unbiased validation set. Our proposed method can be easily implemented on any type of deep network, does not require any additional hyperparameter tuning, and achieves impressive performance on class imbalance and corrupted label problems where only a small amount of clean validation data is available.

Jitendra Malik once said, "Supervision is the opium of the AI researcher". Most deep learning techniques heavily rely on extreme amounts of human labels to work effectively. In today's world, the rate of data creation greatly surpasses the rate of data annotation. Full reliance on human annotations is just a temporary means to solve current closed problems in AI. In reality, only a tiny fraction of data is annotated. Annotation Efficient Learning (AEL) is a study of algorithms to train models effectively with fewer annotations. To thrive in AEL environments, we need deep learning techniques that rely less on manual annotations (e.g., image, bounding-box, and per-pixel labels), but learn useful information from unlabeled data. In this thesis, we explore five different techniques for handling AEL.

我们研究了基础模型的能力，以了解可转让给新的看不见的课程的分类的表现。文献中最近的结果表明，单个分类器在许多课程中学到的表示在少量学习问题上具有竞争力，这些问题是由专为这些问题设计的特殊用途算法学习的表示。在本文中，我们基于最近观察到的现象提供了对这种行为的解释，即通过共同计量的分类网络学习的特征显示有趣的聚类属性，称为神经崩溃。理论上，我们在理论上展示了神经崩溃的展示给来自培训类的新样本，更重要的是 - 对于新课程，允许基础模型提供在转移学习中良好工作的特征地图，具体地，少量拍摄设置。