学习合适的全幻灯片图像（WSIS）表示有效检索系统是一项非平凡的任务。从当前方法中获得的WSI嵌入在欧几里得空间中并不理想有效的WSI检索。此外，由于同时处理多组贴片，因此大多数当前方法都需要高GPU存储器。为了应对这些挑战，我们提出了一个新颖的框架，用于利用深层生成建模和Fisher向量学习二进制和稀疏的WSI表示。我们引入了新的损失功能，以学习稀疏和二进制置换不变的WSI表示，采用基于实例的培训来提高记忆效率。在癌症基因组地图集（​​TCGA）和肝脏-Kidney-Stomach（LKS）数据集上验证了博学的WSI表示。在检索准确性和速度方面，该方法的表现优于Yottixel（最新的组织病理学图像搜索引擎）。此外，我们在公共基准LKS数据集中对SOTA实现了竞争性能，以进行WSI分类。

数字整体幻灯片图像包含大量信息，为开发自动图像分析工具提供了强大的动力。在数字病理领域的各种任务方面，特别是深层神经网络具有很高的潜力。但是，典型的深度学习算法除了大量图像数据之外还需要（手动）注释以实现有效的培训，这是一个限制。多个实例学习在没有完全注释的数据的情况下展示了一个强大的工具，可在情况下学习深神网络。这些方法在该域中特别有效，因为通常通常会捕获完整的整个幻灯片图像的标签，而用于斑块，区域或像素的标签则没有。这种潜力已经导致大量出版物，在过去三年中发表了多数。除了从医学的角度使用数据的可用性和高度动机外，功能强大的图形处理单元的可用性在该领域表现出加速器。在本文中，我们概述了广泛有效地使用了使用的深层实例学习方法，最新进展以及批判性地讨论剩余挑战和未来潜力的概念。

病理诊所中癌症的诊断，预后和治疗性决策现在可以基于对多吉吉像素组织图像的分析，也称为全斜图像（WSIS）。最近，已经提出了深层卷积神经网络（CNN）来得出无监督的WSI表示。这些很有吸引力，因为它们不太依赖于繁琐的专家注释。但是，一个主要的权衡是，较高的预测能力通常以解释性为代价，这对他们的临床使用构成了挑战，通常通常期望决策中的透明度。为了应对这一挑战，我们提出了一个基于Deep CNN的手工制作的框架，用于构建整体WSI级表示。基于有关变压器在自然语言处理领域的内部工作的最新发现，我们将其过程分解为一个更透明的框架，我们称其为手工制作的组织学变压器或H2T。基于我们涉及各种数据集的实验，包括总共5,306个WSI，结果表明，与最近的最新方法相比，基于H2T的整体WSI级表示具有竞争性能，并且可以轻松用于各种下游分析任务。最后，我们的结果表明，H2T框架的最大14倍，比变压器模型快14倍。

Clinical diagnostic and treatment decisions rely upon the integration of patient-specific data with clinical reasoning. Cancer presents a unique context that influence treatment decisions, given its diverse forms of disease evolution. Biomedical imaging allows noninvasive assessment of disease based on visual evaluations leading to better clinical outcome prediction and therapeutic planning. Early methods of brain cancer characterization predominantly relied upon statistical modeling of neuroimaging data. Driven by the breakthroughs in computer vision, deep learning became the de facto standard in the domain of medical imaging. Integrated statistical and deep learning methods have recently emerged as a new direction in the automation of the medical practice unifying multi-disciplinary knowledge in medicine, statistics, and artificial intelligence. In this study, we critically review major statistical and deep learning models and their applications in brain imaging research with a focus on MRI-based brain tumor segmentation. The results do highlight that model-driven classical statistics and data-driven deep learning is a potent combination for developing automated systems in clinical oncology.

我们提出了一种Saimaa环形密封（Pusa hispida saimensis）的方法。通过摄像机捕获和众包访问大型图像量，为动物监测和保护提供了新的可能性，并呼吁自动分析方法，特别是在重新识别图像中的单个动物时。所提出的方法通过PELAGE模式聚合（NORPPA）重新识别新型环形密封件，利用Saimaa环形密封件的永久和独特的毛线模式和基于内容的图像检索技术。首先，对查询图像进行了预处理，每个密封实例都进行了分段。接下来，使用基于U-NET编码器解码器的方法提取密封件的层模式。然后，将基于CNN的仿射不变特征嵌入并聚集到Fisher载体中。最后，使用Fisher载体之间的余弦距离用于从已知个体数据库中找到最佳匹配。我们在新的挑战性Saimaa环形密封件重新识别数据集上对该方法进行了各种修改的广泛实验。在与替代方法的比较中，提出的方法显示出在我们的数据集上产生最佳的重新识别精度。

近年来，已经产生了大量的视觉内容，并从许多领域共享，例如社交媒体平台，医学成像和机器人。这种丰富的内容创建和共享引入了新的挑战，特别是在寻找类似内容内容的图像检索（CBIR）-A的数据库中，即长期建立的研究区域，其中需要改进的效率和准确性来实时检索。人工智能在CBIR中取得了进展，并大大促进了实例搜索过程。在本调查中，我们审查了最近基于深度学习算法和技术开发的实例检索工作，通过深网络架构类型，深度功能，功能嵌入方法以及网络微调策略组织了调查。我们的调查考虑了各种各样的最新方法，在那里，我们识别里程碑工作，揭示各种方法之间的联系，并呈现常用的基准，评估结果，共同挑战，并提出未来的未来方向。

变异推理（VI）的核心原理是将计算复杂后概率密度计算的统计推断问题转换为可拖动的优化问题。该属性使VI比几种基于采样的技术更快。但是，传统的VI算法无法扩展到大型数据集，并且无法轻易推断出越野数据点，而无需重新运行优化过程。该领域的最新发展，例如随机，黑框和摊销VI，已帮助解决了这些问题。如今，生成的建模任务广泛利用摊销VI来实现其效率和可扩展性，因为它利用参数化函数来学习近似的后验密度参数。在本文中，我们回顾了各种VI技术的数学基础，以构成理解摊销VI的基础。此外，我们还概述了最近解决摊销VI问题的趋势，例如摊销差距，泛化问题，不一致的表示学习和后验崩溃。最后，我们分析了改善VI优化的替代差异度量。

组织病理学图像包含丰富的表型信息和病理模式，这是疾病诊断的黄金标准，对于预测患者预后和治疗结果至关重要。近年来，在临床实践中迫切需要针对组织病理学图像的计算机自动化分析技术，而卷积神经网络代表的深度学习方法已逐渐成为数字病理领域的主流。但是，在该领域获得大量细粒的注释数据是一项非常昂贵且艰巨的任务，这阻碍了基于大量注释数据的传统监督算法的进一步开发。最新的研究开始从传统的监督范式中解放出来，最有代表性的研究是基于弱注释，基于有限的注释的半监督学习范式以及基于自我监督的学习范式的弱监督学习范式的研究图像表示学习。这些新方法引发了针对注释效率的新自动病理图像诊断和分析。通过对130篇论文的调查，我们对从技术和方法论的角度来看，对计算病理学领域中有关弱监督学习，半监督学习以及自我监督学习的最新研究进行了全面的系统综述。最后，我们提出了这些技术的关键挑战和未来趋势。

DeNoising扩散模型代表了计算机视觉中最新的主题，在生成建模领域表现出了显着的结果。扩散模型是一个基于两个阶段的深层生成模型，一个正向扩散阶段和反向扩散阶段。在正向扩散阶段，通过添加高斯噪声，输入数据在几个步骤中逐渐受到干扰。在反向阶段，模型的任务是通过学习逐步逆转扩散过程来恢复原始输入数据。尽管已知的计算负担，即由于采样过程中涉及的步骤数量，扩散模型对生成样品的质量和多样性得到了广泛赞赏。在这项调查中，我们对视觉中应用的denoising扩散模型的文章进行了全面综述，包括该领域的理论和实际贡献。首先，我们识别并介绍了三个通用扩散建模框架，这些框架基于扩散概率模型，噪声调节得分网络和随机微分方程。我们进一步讨论了扩散模型与其他深层生成模型之间的关系，包括变异自动编码器，生成对抗网络，基于能量的模型，自回归模型和正常流量。然后，我们介绍了计算机视觉中应用的扩散模型的多角度分类。最后，我们说明了扩散模型的当前局限性，并设想了一些有趣的未来研究方向。

Gigapixel全斜面图像（WSIS）上的癌症预后一直是一项艰巨的任务。大多数现有方法仅着眼于单分辨率图像。利用图像金字塔增强WSI视觉表示的多分辨率方案尚未得到足够的关注。为了探索用于提高癌症预后准确性的多分辨率解决方案，本文提出了双流构建结构，以通过图像金字塔策略对WSI进行建模。该体系结构由两个子流组成：一个是用于低分辨率WSIS，另一个是针对高分辨率的WSIS。与其他方法相比，我们的方案具有三个亮点：（i）流和分辨率之间存在一对一的关系； （ii）添加了一个平方池层以对齐两个分辨率流的斑块，从而大大降低了计算成本并启用自然流特征融合； （iii）提出了一种基于跨注意的方法，以在低分辨率的指导下在空间上在空间上进行高分辨率斑块。我们验证了三个公共可用数据集的计划，来自1,911名患者的总数为3,101个WSI。实验结果验证（1）层次双流表示比单流的癌症预后更有效，在单个低分辨率和高分辨率流中，平均C-指数上升为5.0％和1.8％ ; （2）我们的双流方案可以胜过当前最新方案，而C-Index的平均平均值为5.1％； （3）具有可观察到的生存差异的癌症疾病可能对模型复杂性具有不同的偏好。我们的计划可以作为进一步促进WSI预后研究的替代工具。

卷积神经网络已在图像分类方面取得了成功的结果，从而实现了超过人类水平的实时结果。但是，纹理图像仍然对这些模型构成一些挑战，例如，在出现这些图像，高层间相似性，没有代表对象的全局观点的几个问题中，培训的数据可用性有限，并且其他。在这种情况下，本文的重点是提高纹理分类中卷积神经网络的准确性。这是通过从验证的神经网络的多个卷积层中提取特征并使用Fisher载体聚集此类特征来完成的。使用较早卷积层的特征的原因是获得了较少域的信息。我们验证方法对基准数据集的纹理分类以及巴西植物物种识别的实际任务的有效性。在这两种情况下，在多层上计算出的Fisher矢量都优于制作方法，证实早期卷积层提供了有关分类纹理图像的重要信息。

神经网络在许多科学学科中发挥着越来越大的作用，包括物理学。变形AutoEncoders（VAE）是能够表示在低维潜空间中的高维数据的基本信息，该神经网络具有概率解释。特别是所谓的编码器网络，VAE的第一部分，其将其输入到潜伏空间中的位置，另外在该位置的方差方面提供不确定性信息。在这项工作中，介绍了对AutoEncoder架构的扩展，渔民。在该架构中，借助于Fisher信息度量，不使用编码器中的附加信息信道生成潜在空间不确定性，而是从解码器导出。这种架构具有来自理论观点的优点，因为它提供了从模型的直接不确定性量化，并且还考虑不确定的交叉相关。我们可以通过实验表明，渔民生产比可比较的VAE更准确的数据重建，并且其学习性能也明显较好地缩放了潜伏空间尺寸的数量。

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。

Prostate cancer is the most common cancer in men worldwide and the second leading cause of cancer death in the United States. One of the prognostic features in prostate cancer is the Gleason grading of histopathology images. The Gleason grade is assigned based on tumor architecture on Hematoxylin and Eosin (H&E) stained whole slide images (WSI) by the pathologists. This process is time-consuming and has known interobserver variability. In the past few years, deep learning algorithms have been used to analyze histopathology images, delivering promising results for grading prostate cancer. However, most of the algorithms rely on the fully annotated datasets which are expensive to generate. In this work, we proposed a novel weakly-supervised algorithm to classify prostate cancer grades. The proposed algorithm consists of three steps: (1) extracting discriminative areas in a histopathology image by employing the Multiple Instance Learning (MIL) algorithm based on Transformers, (2) representing the image by constructing a graph using the discriminative patches, and (3) classifying the image into its Gleason grades by developing a Graph Convolutional Neural Network (GCN) based on the gated attention mechanism. We evaluated our algorithm using publicly available datasets, including TCGAPRAD, PANDA, and Gleason 2019 challenge datasets. We also cross validated the algorithm on an independent dataset. Results show that the proposed model achieved state-of-the-art performance in the Gleason grading task in terms of accuracy, F1 score, and cohen-kappa. The code is available at https://github.com/NabaviLab/Prostate-Cancer.

Learning good representation of giga-pixel level whole slide pathology images (WSI) for downstream tasks is critical. Previous studies employ multiple instance learning (MIL) to represent WSIs as bags of sampled patches because, for most occasions, only slide-level labels are available, and only a tiny region of the WSI is disease-positive area. However, WSI representation learning still remains an open problem due to: (1) patch sampling on a higher resolution may be incapable of depicting microenvironment information such as the relative position between the tumor cells and surrounding tissues, while patches at lower resolution lose the fine-grained detail; (2) extracting patches from giant WSI results in large bag size, which tremendously increases the computational cost. To solve the problems, this paper proposes a hierarchical-based multimodal transformer framework that learns a hierarchical mapping between pathology images and corresponding genes. Precisely, we randomly extract instant-level patch features from WSIs with different magnification. Then a co-attention mapping between imaging and genomics is learned to uncover the pairwise interaction and reduce the space complexity of imaging features. Such early fusion makes it computationally feasible to use MIL Transformer for the survival prediction task. Our architecture requires fewer GPU resources compared with benchmark methods while maintaining better WSI representation ability. We evaluate our approach on five cancer types from the Cancer Genome Atlas database and achieved an average c-index of $0.673$, outperforming the state-of-the-art multimodality methods.

The success of machine learning algorithms generally depends on data representation, and we hypothesize that this is because different representations can entangle and hide more or less the different explanatory factors of variation behind the data. Although specific domain knowledge can be used to help design representations, learning with generic priors can also be used, and the quest for AI is motivating the design of more powerful representation-learning algorithms implementing such priors. This paper reviews recent work in the area of unsupervised feature learning and deep learning, covering advances in probabilistic models, auto-encoders, manifold learning, and deep networks. This motivates longer-term unanswered questions about the appropriate objectives for learning good representations, for computing representations (i.e., inference), and the geometrical connections between representation learning, density estimation and manifold learning.

尽管做出了巨大的努力，但GigapixelS的分类全扫描图像（WSI）被严重限制在整个幻灯片的约束计算资源中，或者使用不同尺度的知识利用有限。此外，以前的大多数尝试都缺乏不确定性估计的能力。通常，病理学家经常共同分析不同的宏伟速度的WSI。如果通过使用单个放大倍率来不确定病理学家，那么他们将反复更改放大倍率以发现组织的各种特征。受病理学家的诊断过程的激励，在本文中，我们为WSI提出了一个可信赖的多尺度分类框架。我们的框架利用视觉变压器作为多部门的骨干，可以共同分类建模，估计显微镜的每种放大倍率的不确定性，并整合了来自不同放大倍率的证据。此外，为了利用WSIS的歧视性补丁并减少对计算资源的需求，我们建议使用注意力推广和非最大抑制作用提出一种新颖的补丁选择模式。为了从经验研究我们的方法的有效性，使用两个基准数据库对我们的WSI分类任务进行了经验实验。获得的结果表明，与最先进的方法相比，可信赖的框架可以显着改善WSI分类性能。

Helmholtz机器（HMS）是由两个Sigmoid信念网络（SBN）组成的一类生成模型，分别用作编码器和解码器。这些模型通常是使用称为唤醒 - 睡眠（WS）的两步优化算法对这些模型进行的，并且最近通过改进版本（例如重新恢复的尾流（RWS）和双向Helmholtz Machines（BIHM））进行了改进版本。 SBN中连接的局部性在与概率模型相关的Fisher信息矩阵中诱导稀疏性，并以细粒粒度的块状结构的形式引起。在本文中，我们利用自然梯度利用该特性来有效地训练SBN和HMS。我们提出了一种新颖的算法，称为“自然重新唤醒”（NRWS），该算法与其标准版本的几何适应相对应。以类似的方式，我们还引入了天然双向Helmholtz机器（NBIHM）。与以前的工作不同，我们将展示如何有效地计算自然梯度，而无需引入Fisher信息矩阵结构的任何近似值。在文献中进行的标准数据集进行的实验表明，NRW和NBIHM不仅在其非几何基准方面，而且在HMS的最先进培训算法方面都具有一致的改善。在训练后，汇聚速度以及对数可能达到的对数似然的值量化了改进。

在癌症诊断和病理研究中，组织病理学图像的分类均具有巨大的价值。但是，多种原因（例如由放大因素和阶级失衡引起的变化）使其成为一项艰巨的任务，在许多情况下，从图像标签数据集中学习的常规方法在许多情况下都无法令人满意。我们观察到同一类的肿瘤通常具有共同的形态学模式。为了利用这一事实，我们提出了一种方法，该方法可以学习基于相似性的多尺度嵌入（SMSE），以实现非放大依赖性的组织病理学图像分类。特别是，利用了一对损失和三胞胎损失，以从图像对或图像三联体中学习基于相似性的嵌入。学到的嵌入提供了对图像之间相似性的准确测量，这被认为是组织病理学形态比正常图像特征更有效的表示形式。此外，为了确保生成的模型独立于放大，以不同放大因素获取的图像在学习多尺度嵌入过程中同时被馈送到网络中。除了SMSE之外，我们还消除了类不平衡的影响，而不是使用凭直觉丢弃一些简单样品的硬采矿策略，我们引入了新的增强局灶性损失，以同时惩罚硬误分类的样品，同时抑制了容易分类良好的样品。实验结果表明，与以前的方法相比，SMSE改善了乳腺癌和肝癌的组织病理图像分类任务的性能。特别是，与使用传统功能相比，SMSE在Breakhis基准测试中取得了最佳性能，其改善范围从5％到18％。

当前独立于域的经典计划者需要问题域和实例作为输入的符号模型，从而导致知识采集瓶颈。同时，尽管深度学习在许多领域都取得了重大成功，但知识是在与符号系统（例如计划者）不兼容的亚符号表示中编码的。我们提出了Latplan，这是一种无监督的建筑，结合了深度学习和经典计划。只有一组未标记的图像对，显示了环境中允许的过渡子集（训练输入），Latplan学习了环境的完整命题PDDL动作模型。稍后，当给出代表初始状态和目标状态（计划输入）的一对图像时，Latplan在符号潜在空间中找到了目标状态的计划，并返回可视化的计划执行。我们使用6个计划域的基于图像的版本来评估LATPLAN：8个插头，15个式嘴，Blockworld，Sokoban和两个LightsOut的变体。