随着数据量表的增长，由于跨类别的样本数量严重，深层识别模型通常会遭受长尾数据分布的困扰。实际上，现实世界中的数据通常在不同类别（例如鸽子和麻雀）之间表现出一定的相似性关系，在这项工作中称为类别相似性。当这些类似外观类似的类别之间发生不平衡时，这是双重困难的。但是，现有的解决方案主要集中于样本编号以重新平衡数据分布。在这项工作中，我们从统一的角度系统地研究了长尾问题的本质。具体而言，我们证明了长尾识别均受样本数和类别相似性的影响。直观地，使用玩具示例，我们首先表明样本号不是长尾识别的性能下降的独特影响因素。从理论上讲，我们证明（1）类别相似性作为不可避免的因素，也将通过相似的样本在长尾分布下的模型学习，（2）使用更多的判别性表示方法（例如，自我监督的学习），以减少相似性。 ，可以通过大大改善的性能进一步缓解分类器偏见。在几个长尾数据集上进行了广泛的实验，验证了我们的理论分析的合理性，并表明基于现有的最先进（SOTA），可以通过降低相似性进一步提高性能。我们的调查突出了长尾问题背后的本质，并为未来的工作提出了几个可行的方向。

少数族裔类的数据增强是长尾识别的有效策略，因此开发了大量方法。尽管这些方法都确保了样本数量的平衡，但是增强样品的质量并不总是令人满意的，识别且容易出现过度拟合，缺乏多样性，语义漂移等问题。对于这些问题，我们建议班级感知的大学启发了重新平衡学习（CAUIRR），以进行长尾识别，这使Universum具有班级感知的能力，可以从样本数量和质量中重新平衡个人少数族裔。特别是，我们从理论上证明，凯尔学到的分类器与从贝叶斯的角度从平衡状态下学到的那些人一致。此外，我们进一步开发了一种高阶混合方法，该方法可以自动生成类感知的Universum（CAU）数据，而无需诉诸任何外部数据。与传统的大学不同，此类产生的全球还考虑了域的相似性，阶级可分离性和样本多样性。基准数据集的广泛实验证明了我们方法的令人惊讶的优势，尤其是与最先进的方法相比，少数族裔类别的TOP1准确性提高了1.9％6％。

The long-tail distribution of the visual world poses great challenges for deep learning based classification models on how to handle the class imbalance problem. Existing solutions usually involve class-balancing strategies, e.g. by loss re-weighting, data re-sampling, or transfer learning from head-to tail-classes, but most of them adhere to the scheme of jointly learning representations and classifiers. In this work, we decouple the learning procedure into representation learning and classification, and systematically explore how different balancing strategies affect them for long-tailed recognition. The findings are surprising: (1) data imbalance might not be an issue in learning high-quality representations; (2) with representations learned with the simplest instance-balanced (natural) sampling, it is also possible to achieve strong long-tailed recognition ability by adjusting only the classifier. We conduct extensive experiments and set new state-of-the-art performance on common long-tailed benchmarks like ImageNet-LT, Places-LT and iNaturalist, showing that it is possible to outperform carefully designed losses, sampling strategies, even complex modules with memory, by using a straightforward approach that decouples representation and classification. Our code is available at https://github.com/facebookresearch/classifier-balancing.

类别不平衡数据的问题在于，由于少数类别的数据缺乏数据，分类器的泛化性能劣化。在本文中，我们提出了一种新的少数民族过度采样方法，通过利用大多数类作为背景图像的丰富背景来增加多元化的少数民族样本。为了使少数民族样本多样化，我们的主要思想是将前景补丁从少数级别粘贴到来自具有富裕环境的多数类的背景图像。我们的方法很简单，可以轻松地与现有的长尾识别方法结合。我们通过广泛的实验和消融研究证明了提出的过采样方法的有效性。如果没有任何架构更改或复杂的算法，我们的方法在各种长尾分类基准上实现了最先进的性能。我们的代码将在链接上公开提供。

当训练数据集患有极端阶级失衡时，深度神经网络通常会表现不佳。最近的研究发现，以半监督的方式直接使用分布外数据（即开放式样本）培训将损害概括性能。在这项工作中，我们从理论上表明，从贝叶斯的角度来看，仍然可以利用分发数据来扩大少数群体。基于这种动机，我们提出了一种称为开放采样的新方法，该方法利用开放式嘈杂标签重新平衡培训数据集的班级先验。对于每个开放式实例，标签是​​从我们的预定义分布中取样的，该分布互补，与原始类先验的分布互补。我们从经验上表明，开放采样不仅可以重新平衡阶级先验，还鼓励神经网络学习可分离的表示。广泛的实验表明，我们提出的方法显着优于现有数据重新平衡方法，并可以提高现有最新方法的性能。

长尾数据集的泛化差距主要是由于大多数类别仅占占用几个训练样本。解耦培训通过分别培训骨干和分类器来实现更好的性能。导致端到端模型培训的较差的性能（例如，基于Logits利润率的方法）？在这项工作中，我们确定影响分类器的学习的关键因素：在输入分类器之前，具有低熵的通道相关功能。从信息理论的角度来看，我们分析了为什么交叉熵损失倾向于在不平衡数据上产生高度相关的特征。此外，我们理论上的分析和证明对分类器权重的梯度，Hessian的条件数量的影响，以及基于利润率的方法的影响。因此，我们首先建议使用频道美白与去相关（“散点”）分类器的输入用于解耦的权重更新和重塑偏移决策边界，这使得令人满意的结果与基于Logits裕度的方法相结合。但是，当小类课程的数量大，批量不平衡和更多的参与训练导致主要类的过度拟合。我们还提出了两种新颖的模块，基于块的相对平衡的批量采样器（B3RS）和批量嵌入式培训（BET）来解决上述问题，这使得端到端的训练能够实现比解耦训练更好的性能。在长尾分类基准测试，CIFAR-LT和Imagenet-LT上的实验结果证明了我们方法的有效性。

现实世界数据往往展现出长期分布，重量级别不平衡，其中大多数课程可以主导培训过程并改变少数阶层的决策边界。最近，研究人员调查了监督对长尾识别的对比学习的潜力，并证明它提供了强大的性能增益。在本文中，我们表明，虽然监督对比学习可以有助于提高性能，但过去的基线通过不平衡数据分布引入的均匀性差。这种差的均匀性在来自特征空间中具有差的少数阶级的样品中表现出来。为了解决这个问题，我们提出了有针对性的监督对比学习（TSC），从而提高了极度上的特征分布的均匀性。 TSC首先生成一组均匀分布在极度上的目标。然后，在训练期间使不同类别的特征会聚到这些不同的和均匀分布的目标。这迫使所有类别，包括少数群体类别，以维持特征空间中的统一分布，改善了类边界，即使在存在长尾数据的情况下也能提供更好的泛化。多个数据集的实验表明，TSC在长尾识别任务上实现了最先进的性能。

视觉识别任务中的长尾类分布对于如何处理头部和尾部类之间的偏置预测，即，模型倾向于将尾部类作为头部类进行分类。虽然现有的研究专注于数据重采采样和损失函数工程，但在本文中，我们采取了不同的视角：分类利润率。我们研究边距和注册之间的关系（分类得分）并经验遵守偏置边缘，并且偏置的Logits是正相关的。我们提出MARC，一个简单但有效的边缘校准函数，用于动态校准偏置边缘的偏置利润。我们通过对普通的长尾基准测试进行了广泛的实验，包括CIFAR-LT，Imagenet-LT，LT，以及不适物 - LT的广泛实验。实验结果表明，我们的MARC在这些基准上实现了有利的结果。此外，Marc只需三行代码即可实现。我们希望这种简单的方法能够激励人们重新思考偏置的边距和偏见的长尾视觉识别标识。

Our work focuses on tackling the challenging but natural visual recognition task of long-tailed data distribution (i.e., a few classes occupy most of the data, while most classes have rarely few samples). In the literature, class re-balancing strategies (e.g., re-weighting and re-sampling) are the prominent and effective methods proposed to alleviate the extreme imbalance for dealing with long-tailed problems. In this paper, we firstly discover that these rebalancing methods achieving satisfactory recognition accuracy owe to that they could significantly promote the classifier learning of deep networks. However, at the same time, they will unexpectedly damage the representative ability of the learned deep features to some extent. Therefore, we propose a unified Bilateral-Branch Network (BBN) to take care of both representation learning and classifier learning simultaneously, where each branch does perform its own duty separately. In particular, our BBN model is further equipped with a novel cumulative learning strategy, which is designed to first learn the universal patterns and then pay attention to the tail data gradually. Extensive experiments on four benchmark datasets, including the large-scale iNaturalist ones, justify that the proposed BBN can significantly outperform state-of-the-art methods. Furthermore, validation experiments can demonstrate both our preliminary discovery and effectiveness of tailored designs in BBN for long-tailed problems. Our method won the first place in the iNaturalist 2019 large scale species classification competition, and our code is open-source and available at https://github.com/Megvii-Nanjing/BBN . * Q. Cui and Z.-M. Chen's contribution was made when they were interns in Megvii Research Nanjing, Megvii Technology, China. X.

现实世界数据普遍面对严重的类别 - 不平衡问题，并且展示了长尾分布，即，大多数标签与有限的情况有关。由此类数据集监督的NA \“IVE模型更愿意占主导地位标签，遇到严重的普遍化挑战并变得不佳。我们从先前的角度提出了两种新的方法，以减轻这种困境。首先，我们推导了一个以平衡为导向的数据增强命名均匀的混合物（Unimix）促进长尾情景中的混合，采用先进的混合因子和采样器，支持少数民族。第二，受贝叶斯理论的动机，我们弄清了贝叶斯偏见（北美），是由此引起的固有偏见先前的不一致，并将其补偿为对标准交叉熵损失的修改。我们进一步证明了所提出的方法理论上和经验地确保分类校准。广泛的实验验证我们的策略是否有助于更好校准的模型，以及他们的策略组合在CIFAR-LT，ImageNet-LT和Inattations 2018上实现最先进的性能。

深度神经网络通常使用遇到数量不平衡和分类难度不平衡问题的数据集的性能很差。尽管在该领域取得了进展，但现有的两阶段方法中仍然存在数据集偏差或域转移问题。因此，提出了一个分阶段的渐进学习时间表，从而提出了从表示学习到上层分类器培训的平稳转移。这对严重失衡或较小尺度的数据集具有更大的有效性。设计了耦合 - 调节损失损失函数，耦合校正项，局灶性损失和LDAM损失。损失可以更好地处理数量不平衡和异常值，同时调节具有不同分类困难的样本的注意力重点。这些方法在多个基准数据集上取得了令人满意的结果，包括不平衡的CIFAR10，不平衡的CIFAR100，Imagenet-LT和Inaturalist 2018，并且还可以轻松地将其用于其他不平衡分类模型。

深度神经网络的成功在很大程度上取决于大量高质量注释的数据的可用性，但是这些数据很难或昂贵。由此产生的标签可能是类别不平衡，嘈杂或人类偏见。从不完美注释的数据集中学习无偏分类模型是一项挑战，我们通常会遭受过度拟合或不足的折磨。在这项工作中，我们彻底研究了流行的软马克斯损失和基于保证金的损失，并提供了一种可行的方法来加强通过最大化最小样本余量来限制的概括误差。我们为此目的进一步得出了最佳条件，该条件指示了类原型应锚定的方式。通过理论分析的激励，我们提出了一种简单但有效的方法，即原型锚定学习（PAL），可以轻松地将其纳入各种基于学习的分类方案中以处理不完美的注释。我们通过对合成和现实世界数据集进行广泛的实验来验证PAL对班级不平衡学习和降低噪声学习的有效性。

人们对从长尾班级分布中学习的具有挑战性的视觉感知任务越来越兴趣。训练数据集中的极端类失衡使模型偏向于识别多数级数据而不是少数级数据。最近，已经提出了两个分支网络的双分支网络（DBN）框架。传统的分支和重新平衡分支用于提高长尾视觉识别的准确性。重新平衡分支使用反向采样器来生成类平衡的训练样本，以减轻由于类不平衡而减轻偏见。尽管该策略在处理偏见方面非常成功，但使用反向采样器进行培训可以降低表示形式的学习绩效。为了减轻这个问题，常规方法使用了精心设计的累积学习策略，在整个培训阶段，重新平衡分支的影响逐渐增加。在这项研究中，我们旨在开发一种简单而有效的方法，以不需要优化的累积学习而在不累积学习的情况下提高DBN的性能。我们设计了一种称为双边混合增强的简单数据增强方法，该方法将统一采样器中的一个样品与反向采样器中的另一个样品结合在一起，以产生训练样本。此外，我们介绍了阶级条件的温度缩放，从而减轻对拟议的DBN结构的多数级别的偏见。我们对广泛使用的长尾视觉识别数据集进行的实验表明，双边混合增加在改善DBN的表示性能方面非常有效，并且所提出的方法可以实现某些类别的先进绩效。

现实世界数据通常存在长尾分布。对不平衡数据的培训倾向于呈现神经网络在头部上表现良好，而尾部课程则更加差。尾班的培训实例的严重稀疏性是主要挑战，这导致培训期间的偏见分配估计。丰富的努力已经致力于改善挑战，包括数据重新采样和综合尾班的新培训实例。然而，没有先前的研究已经利用了从头课程转移到尾班的可转让知识，以校准尾舱的分布。在本文中，我们假设可以通过类似的头部级别来丰富尾部类，并提出一种名为标签感知分布校准Ladc的新型分布校准方法。 Ladc从相关的头部课程转移统计数据以推断尾部课程的分布。从校准分布的采样进一步促进重新平衡分类器。图像和文本的实验和文本长尾数据集表明，LADC显着优于现有方法。可视化还显示LADC提供更准确的分布估计。

Deep learning algorithms can fare poorly when the training dataset suffers from heavy class-imbalance but the testing criterion requires good generalization on less frequent classes. We design two novel methods to improve performance in such scenarios. First, we propose a theoretically-principled label-distribution-aware margin (LDAM) loss motivated by minimizing a margin-based generalization bound. This loss replaces the standard cross-entropy objective during training and can be applied with prior strategies for training with class-imbalance such as re-weighting or re-sampling. Second, we propose a simple, yet effective, training schedule that defers re-weighting until after the initial stage, allowing the model to learn an initial representation while avoiding some of the complications associated with re-weighting or re-sampling. We test our methods on several benchmark vision tasks including the real-world imbalanced dataset iNaturalist 2018. Our experiments show that either of these methods alone can already improve over existing techniques and their combination achieves even better performance gains 1 .

Deep neural networks still struggle on long-tailed image datasets, and one of the reasons is that the imbalance of training data across categories leads to the imbalance of trained model parameters. Motivated by the empirical findings that trained classifiers yield larger weight norms in head classes, we propose to reformulate the recognition probabilities through included angles without re-balancing the classifier weights. Specifically, we calculate the angles between the data feature and the class-wise classifier weights to obtain angle-based prediction results. Inspired by the performance improvement of the predictive form reformulation and the outstanding performance of the widely used two-stage learning framework, we explore the different properties of this angular prediction and propose novel modules to improve the performance of different components in the framework. Our method is able to obtain the best performance among peer methods without pretraining on CIFAR10/100-LT and ImageNet-LT. Source code will be made publicly available.

The real-world data tends to be heavily imbalanced and severely skew the data-driven deep neural networks, which makes Long-Tailed Recognition (LTR) a massive challenging task. Existing LTR methods seldom train Vision Transformers (ViTs) with Long-Tailed (LT) data, while the off-the-shelf pretrain weight of ViTs always leads to unfair comparisons. In this paper, we systematically investigate the ViTs' performance in LTR and propose LiVT to train ViTs from scratch only with LT data. With the observation that ViTs suffer more severe LTR problems, we conduct Masked Generative Pretraining (MGP) to learn generalized features. With ample and solid evidence, we show that MGP is more robust than supervised manners. In addition, Binary Cross Entropy (BCE) loss, which shows conspicuous performance with ViTs, encounters predicaments in LTR. We further propose the balanced BCE to ameliorate it with strong theoretical groundings. Specially, we derive the unbiased extension of Sigmoid and compensate extra logit margins to deploy it. Our Bal-BCE contributes to the quick convergence of ViTs in just a few epochs. Extensive experiments demonstrate that with MGP and Bal-BCE, LiVT successfully trains ViTs well without any additional data and outperforms comparable state-of-the-art methods significantly, e.g., our ViT-B achieves 81.0% Top-1 accuracy in iNaturalist 2018 without bells and whistles. Code is available at https://github.com/XuZhengzhuo/LiVT.

半监督学习（SSL）在标记数据稀缺时，在利用未标记数据的情况下表现出强大的能力。但是，大多数SSL算法在假设中，在培训和测试集中平衡类分布。在这项工作中，我们考虑到SSL对类别不平衡数据的问题，这更好地反映了现实世界的情况。特别是，我们将表示和分类器的训练分离，并系统地在培训包括分类器的整个网络以及仅微调特征提取器的整个网络时进行不同数据重新采样技术的影响。我们发现数据重新采样是重要的，以了解一个良好的分类器，因为它增加了伪标签的准确性，特别是对于未标记数据中的少数群体类别。有趣的是，我们发现准确的伪标签在训练特征提取器时无助于，相反，数据重新采样损害了特征提取器的训练。这一发现是针对错误的伪标签始终损害SSL中的模型性能的通用直觉。基于这些发现，我们建议重新思考具有单个数据重新采样策略的当前范式，并在类上不平衡数据上开发SSL的简单但高效的双采样（BIS）策略。 BIS实现了两种不同的重新采样策略，用于训练特征提取器和分类器，并将这种解耦培训集成到端到端框架中。具体地，BIS逐渐改变训练期间的数据分布，使得在开始时，特征提取器有效地训练，而朝向训练的结束时，数据被重新平衡，使得分类器可靠地训练。我们在广泛的数据集中广泛地基准了我们提出的双采样策略，实现了最先进的表演。

旨在从长尾数据培训类平衡模型的现有长尾识别方法，通常假设将在均匀的测试类分布上进行评估模型。然而，实际的测试类分布通常违反了这种假设（例如，长尾甚至是长尾的），这将导致现有的方法在现实世界中失败。在这项工作中，我们研究了一个更实用的任务设置，称为测试不稳定的长尾识别，其中训练类分布在测试类分布未知时长尾，可以任意偏斜。除了类别不平衡的问题外，这项任务造成了另一个挑战：培训和测试样本之间的班级分布转移是未识别的。为了处理这项任务，我们提出了一种新的方法，称为测试时间聚合各种专家，提供了两种解决方案策略：（1）一种新的技能 - 多样化专家学习策略，将各种专家培训从单一的处理不同的类分布时颁发不同的专家。长尾训练分配; （2）一种新的测试时间专家聚合策略，利用自我监督来汇总多个专家来处理各种未知的测试分布。理论上我们表明我们的方法具有模拟测试类分布的可提供能力。广泛的实验验证了我们的方法在香草和测试不可知的长尾识别上实现了新的最先进的性能，其中只有三个专家足以处理任意变化的测试级分布。代码可在https://github.com/vanint/tade-agnosticlt获得。

大多数现有的最新视频分类方法假设训练数据遵守统一的分布。但是，现实世界中的视频数据通常会表现出不平衡的长尾巴分布，从而导致模型偏见对头等阶层，并且在尾巴上的性能相对较低。虽然当前的长尾分类方法通常集中在图像分类上，但将其调整到视频数据并不是微不足道的扩展。我们提出了一种端到端的多专家分布校准方法，以基于两级分布信息来应对这些挑战。该方法共同考虑了每个类别中样品的分布（类内部分布）和各种数据（类间分布）的总体分布，以解决在长尾分布下数据不平衡数据的问题。通过对两级分布信息进行建模，该模型可以共同考虑头等阶层和尾部类别，并将知识从头等阶层显着转移，以提高尾部类别的性能。广泛的实验验证了我们的方法是否在长尾视频分类任务上实现了最先进的性能。