持续的学习方法努力减轻灾难性遗忘（CF），在学习新任务时，从以前学习的任务中丢失了知识。在这些算法中，有些在训练时维护以前任务中的样本子集。这些样本称为内存。这些方法表现出出色的性能，同时在概念上简单易于实现。然而，尽管它们很受欢迎，但几乎没有做任何事情来理解要包含在记忆中的元素。当前，这种记忆通常是通过随机抽样填充的，没有指导原则可以有助于保留以前的知识。在这项工作中，我们提出了一个基于称为一致性意识采样（CAWS）的样本的学习一致性的标准。该标准优先考虑通过深网更容易学习的样本。我们对三种不同的基于内存的方法进行研究：AGEM，GDUMB和经验重播，在MNIST，CIFAR-10和CIFAR-100数据集上。我们表明，使用最一致的元素在受到计算预算的约束时会产生性能提高；如果在没有这种约束的情况下，随机抽样是一个强大的基线。但是，在经验重播上使用CAWS可以改善随机基线的性能。最后，我们表明CAWS取得了与流行的内存选择方法相似的结果，同时需要大大减少计算资源。

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.

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％。

我们探索无任务持续学习（CL），其中培训模型以避免在没有明确的任务边界或身份的情况下造成灾难性的遗忘。在无任务CL上的许多努力中，一个值得注意的方法是基于内存的，存储和重放训练示例的子集。然而，由于CL模型不断更新，所以存储的示例的效用可以随时间缩短。这里，我们提出基于梯度的存储器编辑（GMED），该框架是通过梯度更新在连续输入空间中编辑存储的示例的框架，以便为重放创建更多的“具有挑战性”示例。 GMED编辑的例子仍然类似于其未编辑的形式，但可以在即将到来的模型更新中产生增加的损失，从而使未来的重播在克服灾难性遗忘方面更有效。通过施工，GMED可以与其他基于内存的CL算法一起无缝应用，以进一步改进。实验验证了GMED的有效性，以及我们最好的方法显着优于基线和以前的五个数据集中的最先进。可以在https://github.com/ink-usc/gmed找到代码。

持续学习研究的主要重点领域是通过设计新算法对分布变化更强大的新算法来减轻神经网络中的“灾难性遗忘”问题。尽管持续学习文献的最新进展令人鼓舞，但我们对神经网络的特性有助于灾难性遗忘的理解仍然有限。为了解决这个问题，我们不关注持续的学习算法，而是在这项工作中专注于模型本身，并研究神经网络体系结构对灾难性遗忘的“宽度”的影响，并表明宽度在遗忘遗产方面具有出人意料的显着影响。为了解释这种效果，我们从各个角度研究网络的学习动力学，例如梯度正交性，稀疏性和懒惰的培训制度。我们提供了与不同架构和持续学习基准之间的经验结果一致的潜在解释。

A growing body of research in continual learning focuses on the catastrophic forgetting problem. While many attempts have been made to alleviate this problem, the majority of the methods assume a single model in the continual learning setup. In this work, we question this assumption and show that employing ensemble models can be a simple yet effective method to improve continual performance. However, ensembles' training and inference costs can increase significantly as the number of models grows. Motivated by this limitation, we study different ensemble models to understand their benefits and drawbacks in continual learning scenarios. Finally, to overcome the high compute cost of ensembles, we leverage recent advances in neural network subspace to propose a computationally cheap algorithm with similar runtime to a single model yet enjoying the performance benefits of ensembles.

A continual learning agent learns online with a non-stationary and never-ending stream of data. The key to such learning process is to overcome the catastrophic forgetting of previously seen data, which is a well known problem of neural networks. To prevent forgetting, a replay buffer is usually employed to store the previous data for the purpose of rehearsal. Previous works often depend on task boundary and i.i.d. assumptions to properly select samples for the replay buffer. In this work, we formulate sample selection as a constraint reduction problem based on the constrained optimization view of continual learning. The goal is to select a fixed subset of constraints that best approximate the feasible region defined by the original constraints. We show that it is equivalent to maximizing the diversity of samples in the replay buffer with parameters gradient as the feature. We further develop a greedy alternative that is cheap and efficient. The advantage of the proposed method is demonstrated by comparing to other alternatives under the continual learning setting. Further comparisons are made against state of the art methods that rely on task boundaries which show comparable or even better results for our method.

当随着时间的推移学习任务时，人工神经网络遭受称为灾难性遗忘（CF）的问题。当在训练网络的训练过程中覆盖网络的权重，导致忘记旧信息的新任务时，会发生这种情况。为了解决这个问题，我们提出了META可重复使用的知识或标记，这是一种新的方法，可以在学习新任务时促进重量可重用性而不是覆盖。具体来说，标记在任务之间保留一组共享权重。我们将这些共享权重设定为共同的知识库（KB），不仅用于学习新任务，而且还富有以丰富的新知识，因为模型了解新任务。标记背后的关键组件是两倍。一方面，冶金学习方法提供了逐步丰富KB的关键机制，并在任务之间促进重量可重用性。另一方面，一组培训掩模提供了选择性地从KB相关权重中选择的关键机制来解决每个任务。通过使用Mark，我们实现了最普遍的基准，在几个流行的基准中实现了最新的基准，在20分拆性MiniimAgenet数据集上超过了平均精度的最佳性能方法，同时使用55％的数量来实现几乎零遗忘参数。此外，消融研究提供了证据，实际上，标记正在学习每个任务选择性地使用的可重复使用的知识。

凭借持续学习的能力，人类可以在整个生命周期中不断获得知识。但是，一般而言，计算系统不能顺序学习任务。对深神经网络（DNN）的长期挑战称为灾难性遗忘。已经提出了多种解决方案来克服这一限制。本文对内存重播方法进行了深入的评估，从而探讨了选择重播数据时各种采样策略的效率，性能和可扩展性。所有实验均在各个域下的多个数据集上进行。最后，提供了为各种数据分布选择重播方法的实用解决方案。

尽管对历史数据的访问权限有限，但在不断学习的情况下，重播方法已成功地减轻灾难性遗忘而成功。但是，在许多现实世界中，存储历史数据都很便宜，但是由于处理时间限制，将禁止重播所有历史数据。在这种情况下，我们建议学习学习的时间来学习连续学习系统，在该系统中，我们将学习重播时间表，以在不同的时间步骤中重播哪些任务。为了证明学习时间的重要性，我们首先使用蒙特卡洛树搜索来找到适当的重播时间表，并表明它可以根据持续的学习表现优于固定的调度策略。此外，为了提高调度效率本身，我们建议使用强化学习来学习重播调度策略，这些策略可以推广到新的持续学习场景而不增加计算成本。在我们的实验中，我们展示了学习学习时间的优势，这使当前的持续学习研究更接近现实世界的需求。

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.

Continual Learning (CL) is an emerging machine learning paradigm that aims to learn from a continuous stream of tasks without forgetting knowledge learned from the previous tasks. To avoid performance decrease caused by forgetting, prior studies exploit episodic memory (EM), which stores a subset of the past observed samples while learning from new non-i.i.d. data. Despite the promising results, since CL is often assumed to execute on mobile or IoT devices, the EM size is bounded by the small hardware memory capacity and makes it infeasible to meet the accuracy requirements for real-world applications. Specifically, all prior CL methods discard samples overflowed from the EM and can never retrieve them back for subsequent training steps, incurring loss of information that would exacerbate catastrophic forgetting. We explore a novel hierarchical EM management strategy to address the forgetting issue. In particular, in mobile and IoT devices, real-time data can be stored not just in high-speed RAMs but in internal storage devices as well, which offer significantly larger capacity than the RAMs. Based on this insight, we propose to exploit the abundant storage to preserve past experiences and alleviate the forgetting by allowing CL to efficiently migrate samples between memory and storage without being interfered by the slow access speed of the storage. We call it Carousel Memory (CarM). As CarM is complementary to existing CL methods, we conduct extensive evaluations of our method with seven popular CL methods and show that CarM significantly improves the accuracy of the methods across different settings by large margins in final average accuracy (up to 28.4%) while retaining the same training efficiency.

在线持续学习是一个充满挑战的学习方案，模型必须从非平稳的数据流中学习，其中每个样本只能看到一次。主要的挑战是在避免灾难性遗忘的同时逐步学习，即在从新数据中学习时忘记先前获得的知识的问题。在这种情况下，一种流行的解决方案是使用较小的内存来保留旧数据并随着时间的推移进行排练。不幸的是，由于内存尺寸有限，随着时间的推移，内存的质量会恶化。在本文中，我们提出了OLCGM，这是一种基于新型重放的持续学习策略，该策略使用知识冷凝技术连续压缩记忆并更好地利用其有限的尺寸。样品冷凝步骤压缩了旧样品，而不是像其他重播策略那样将其删除。结果，实验表明，每当与数据的复杂性相比，每当记忆预算受到限制，OLCGM都会提高与最先进的重播策略相比的最终准确性。

增量任务学习（ITL）是一个持续学习的类别，试图培训单个网络以进行多个任务（一个接一个），其中每个任务的培训数据仅在培训该任务期间可用。当神经网络接受较新的任务培训时，往往会忘记旧任务。该特性通常被称为灾难性遗忘。为了解决此问题，ITL方法使用情节内存，参数正则化，掩盖和修剪或可扩展的网络结构。在本文中，我们提出了一个基于低级别分解的新的增量任务学习框架。特别是，我们表示每一层的网络权重作为几个等级1矩阵的线性组合。为了更新新任务的网络，我们学习一个排名1（或低级别）矩阵，并将其添加到每一层的权重。我们还引入了一个其他选择器向量，该向量将不同的权重分配给对先前任务的低级矩阵。我们表明，就准确性和遗忘而言，我们的方法的表现比当前的最新方法更好。与基于情节的内存和基于面具的方法相比，我们的方法还提供了更好的内存效率。我们的代码将在https://github.com/csiplab/task-increment-rank-update.git上找到。

恶意软件（恶意软件）分类为持续学习（CL）制度提供了独特的挑战，这是由于每天收到的新样本的数量以及恶意软件的发展以利用新漏洞。在典型的一天中，防病毒供应商将获得数十万个独特的软件，包括恶意和良性，并且在恶意软件分类器的一生中，有超过十亿个样品很容易积累。鉴于问题的规模，使用持续学习技术的顺序培训可以在减少培训和存储开销方面提供可观的好处。但是，迄今为止，还没有对CL应用于恶意软件分类任务的探索。在本文中，我们研究了11种应用于三个恶意软件任务的CL技术，涵盖了常见的增量学习方案，包括任务，类和域增量学习（IL）。具体而言，使用两个现实的大规模恶意软件数据集，我们评估了CL方法在二进制恶意软件分类（domain-il）和多类恶意软件家庭分类（Task-IL和类IL）任务上的性能。令我们惊讶的是，在几乎所有情况下，持续的学习方法显着不足以使训练数据的幼稚关节重播 - 在某些情况下，将精度降低了70个百分点以上。与关节重播相比，有选择性重播20％的存储数据的一种简单方法可以实现更好的性能，占训练时间的50％。最后，我们讨论了CL技术表现出乎意料差的潜在原因，希望它激发进一步研究在恶意软件分类域中更有效的技术。

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).

古典机器学习者仅设计用于解决一项任务，而无需采用新的新兴任务或课程，而这种能力在现实世界中更实用和人类。为了解决这种缺点，阐述了持续的机器学习者，以表彰使用域和班级的任务流，不同的任务之间的转变。在本文中，我们提出了一种基于一个基于对比的连续学习方法，其能够处理多个持续学习场景。具体地，我们通过特征传播和对比表示学习来对准当前和先前的表示空间来弥合不同任务之间的域移位。为了进一步减轻特征表示的类别的班次，利用了监督的对比损失以使与不同类别的相同类的示例嵌入。广泛的实验结果表明，与一组尖端连续学习方法相比，六个连续学习基准中提出的方法的出色性能。

语义分割（CSS）的持续学习是一个快速新兴的领域，其中分割模型的功能通过学习新类或新域而逐渐改善。持续学习中的一个核心挑战是克服灾难性遗忘的影响，这是指在模型对新类或领域进行培训后，准确性突然下降了先前学习的任务。在持续分类中，通常通过重播以前任务中的少量样本来克服这种挑战，但是在CSS中很少考虑重播。因此，我们研究了各种重播策略对语义细分的影响，并在类和域内的环境中评估它们。我们的发现表明，在课堂开发环境中，至关重要的是，对于缓冲区中不同类别的不同类别的分布至关重要，以避免对新学习的班级产生偏见。在域内营养设置中，通过从学习特征表示的分布或通过中位熵选择样品来选择缓冲液样品是最有效的。最后，我们观察到，有效的抽样方法有助于减少早期层中的表示形式的变化，这是忘记域内收入学习的主要原因。

持续学习背后的主流范例一直在使模型参数调整到非静止数据分布，灾难性遗忘是中央挑战。典型方法在测试时间依赖排练缓冲区或已知的任务标识，以检索学到的知识和地址遗忘，而这项工作呈现了一个新的范例，用于持续学习，旨在训练更加简洁的内存系统而不在测试时间访问任务标识。我们的方法学会动态提示（L2P）预先训练的模型，以在不同的任务转换下顺序地学习任务。在我们提出的框架中，提示是小型可学习参数，这些参数在内存空间中保持。目标是优化提示，以指示模型预测并明确地管理任务不变和任务特定知识，同时保持模型可塑性。我们在流行的图像分类基准下进行全面的实验，具有不同挑战的持续学习环境，其中L2P始终如一地优于现有最先进的方法。令人惊讶的是，即使没有排练缓冲区，L2P即使没有排练缓冲，L2P也能实现竞争力的结果，并直接适用于具有挑战性的任务不可行的持续学习。源代码在https://github.com/google-Research/l2p中获得。

已知应用于任务序列的标准梯度下降算法可在深层神经网络中产生灾难性遗忘。当对序列中的新任务进行培训时，该模型会在当前任务上更新其参数，从而忘记过去的知识。本文探讨了我们在有限环境中扩展任务数量的方案。这些方案由与重复数据的长期任务组成。我们表明，在这种情况下，随机梯度下降可以学习，进步并融合到根据现有文献需要持续学习算法的解决方案。换句话说，我们表明该模型在没有特定的记忆机制的情况下执行知识保留和积累。我们提出了一个新的实验框架，即Scole（缩放量表），以研究在潜在无限序列中的知识保留和算法的积累。为了探索此设置，我们对1,000个任务的序列进行了大量实验，以更好地了解这种新的设置家庭。我们还提出了对香草随机梯度下降的轻微修改，以促进这种情况下的持续学习。 SCOLE框架代表了对实用训练环境的良好模拟，并允许长序列研究收敛行为。我们的实验表明，在短方案上以前的结果不能总是推断为更长的场景。