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.

使用嘈杂的标签学习是一场实际上有挑战性的弱势监督。在现有文献中，开放式噪声总是被认为是有毒的泛化，类似于封闭式噪音。在本文中，我们经验证明，开放式嘈杂标签可能是无毒的，甚至有利于对固有的嘈杂标签的鲁棒性。灵感来自观察，我们提出了一种简单而有效的正则化，通过将具有动态噪声标签（ODNL）引入培训的开放式样本。使用ODNL，神经网络的额外容量可以在很大程度上以不干扰来自清洁数据的学习模式的方式消耗。通过SGD噪声的镜头，我们表明我们的方法引起的噪音是随机方向，无偏向，这可能有助于模型收敛到最小的最小值，具有卓越的稳定性，并强制执行模型以产生保守预测-of-分配实例。具有各种类型噪声标签的基准数据集的广泛实验结果表明，所提出的方法不仅提高了许多现有的强大算法的性能，而且即使在标签噪声设置中也能实现分配异点检测任务的显着改进。

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。

Training accurate deep neural networks (DNNs) in the presence of noisy labels is an important and challenging task. Though a number of approaches have been proposed for learning with noisy labels, many open issues remain. In this paper, we show that DNN learning with Cross Entropy (CE) exhibits overfitting to noisy labels on some classes ("easy" classes), but more surprisingly, it also suffers from significant under learning on some other classes ("hard" classes). Intuitively, CE requires an extra term to facilitate learning of hard classes, and more importantly, this term should be noise tolerant, so as to avoid overfitting to noisy labels. Inspired by the symmetric KL-divergence, we propose the approach of Symmetric cross entropy Learning (SL), boosting CE symmetrically with a noise robust counterpart Reverse Cross Entropy (RCE). Our proposed SL approach simultaneously addresses both the under learning and overfitting problem of CE in the presence of noisy labels. We provide a theoretical analysis of SL and also empirically show, on a range of benchmark and real-world datasets, that SL outperforms state-of-the-art methods. We also show that SL can be easily incorporated into existing methods in order to further enhance their performance.

检测到分布输入对于在现实世界中安全部署机器学习模型至关重要。然而，已知神经网络遭受过度自信的问题，在该问题中，它们对分布和分布的输入的信心异常高。在这项工作中，我们表明，可以通过在训练中实施恒定的向量规范来通过logit归一化（logitnorm）（logitnorm）来缓解此问题。我们的方法是通过分析的激励，即logit的规范在训练过程中不断增加，从而导致过度自信的产出。因此，LogitNorm背后的关键思想是将网络优化期间输出规范的影响解散。通过LogitNorm培训，神经网络在分布数据和分布数据之间产生高度可区分的置信度得分。广泛的实验证明了LogitNorm的优势，在公共基准上，平均FPR95最高为42.30％。

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。

Deep neural networks (DNNs) have achieved tremendous success in a variety of applications across many disciplines. Yet, their superior performance comes with the expensive cost of requiring correctly annotated large-scale datasets. Moreover, due to DNNs' rich capacity, errors in training labels can hamper performance. To combat this problem, mean absolute error (MAE) has recently been proposed as a noise-robust alternative to the commonly-used categorical cross entropy (CCE) loss. However, as we show in this paper, MAE can perform poorly with DNNs and challenging datasets. Here, we present a theoretically grounded set of noise-robust loss functions that can be seen as a generalization of MAE and CCE. Proposed loss functions can be readily applied with any existing DNN architecture and algorithm, while yielding good performance in a wide range of noisy label scenarios. We report results from experiments conducted with CIFAR-10, CIFAR-100 and FASHION-MNIST datasets and synthetically generated noisy labels.

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。

深层神经网络能够轻松地使用软磁横层（CE）丢失来记住嘈杂的标签。先前的研究试图解决此问题的重点是将噪声损失函数纳入CE损失。但是，记忆问题得到了缓解，但仍然由于非持鲁棒的损失而造成的。为了解决这个问题，我们专注于学习可靠的对比度表示数据，分类器很难记住CE损失下的标签噪声。我们提出了一种新颖的对比正则化函数，以通过标签噪声不主导表示表示的嘈杂数据来学习此类表示。通过理论上研究由提议的正则化功能引起的表示形式，我们揭示了学识渊博的表示形式将信息保留与真实标签和丢弃与损坏标签相关的信息有关的信息。此外，我们的理论结果还表明，学到的表示形式对标签噪声是可靠的。通过基准数据集的实验证明了该方法的有效性。

We present a theoretically grounded approach to train deep neural networks, including recurrent networks, subject to class-dependent label noise. We propose two procedures for loss correction that are agnostic to both application domain and network architecture. They simply amount to at most a matrix inversion and multiplication, provided that we know the probability of each class being corrupted into another. We further show how one can estimate these probabilities, adapting a recent technique for noise estimation to the multi-class setting, and thus providing an end-to-end framework. Extensive experiments on MNIST, IMDB, CIFAR-10, CIFAR-100 and a large scale dataset of clothing images employing a diversity of architectures -stacking dense, convolutional, pooling, dropout, batch normalization, word embedding, LSTM and residual layers -demonstrate the noise robustness of our proposals. Incidentally, we also prove that, when ReLU is the only non-linearity, the loss curvature is immune to class-dependent label noise.

深度神经网络在监督学习中表现出令人印象深刻的性能，通过它们适应提供的培训数据的能力。然而，它们的性能在很大程度上取决于训练数据的质量，并且通常在噪音存在下劣化。我们提出了一种解决标签噪声的原则方法，目的是为各个实例和类标签分配重要权重。我们的方法通过制定一类受约束的优化问题，为这些重要的权重产生简单的闭合表单更新。每个迷你批处理解决了所提出的优化问题，这避免了在完整数据集上存储和更新权重的需要。我们的优化框架还提供了一种关于现有标签平滑启发式的理论透视，用于寻址标签噪声（例如标签引导）。我们在几个基准数据集中评估我们的方法，并在存在标签噪声时观察相当大的性能提升。

In this paper, we present a simple yet effective method (ABSGD) for addressing the data imbalance issue in deep learning. Our method is a simple modification to momentum SGD where we leverage an attentional mechanism to assign an individual importance weight to each gradient in the mini-batch. Unlike many existing heuristic-driven methods for tackling data imbalance, our method is grounded in {\it theoretically justified distributionally robust optimization (DRO)}, which is guaranteed to converge to a stationary point of an information-regularized DRO problem. The individual-level weight of a sampled data is systematically proportional to the exponential of a scaled loss value of the data, where the scaling factor is interpreted as the regularization parameter in the framework of information-regularized DRO. Compared with existing class-level weighting schemes, our method can capture the diversity between individual examples within each class. Compared with existing individual-level weighting methods using meta-learning that require three backward propagations for computing mini-batch stochastic gradients, our method is more efficient with only one backward propagation at each iteration as in standard deep learning methods. To balance between the learning of feature extraction layers and the learning of the classifier layer, we employ a two-stage method that uses SGD for pretraining followed by ABSGD for learning a robust classifier and finetuning lower layers. Our empirical studies on several benchmark datasets demonstrate the effectiveness of the proposed method.

最近，与培训样本相比，具有越来越多的网络参数的过度参数深度网络主导了现代机器学习的性能。但是，当培训数据被损坏时，众所周知，过度参数化的网络往往会过度合适并且不会概括。在这项工作中，我们提出了一种有原则的方法，用于在分类任务中对过度参数的深层网络进行强有力的培训，其中一部分培训标签被损坏。主要想法还很简单：标签噪声与从干净的数据中学到的网络稀疏且不一致，因此我们对噪声进行建模并学会将其与数据分开。具体而言，我们通过另一个稀疏的过度参数术语对标签噪声进行建模，并利用隐式算法正规化来恢复和分离基础损坏。值得注意的是，当在实践中使用如此简单的方法培训时，我们证明了针对各种真实数据集上标签噪声的最新测试精度。此外，我们的实验结果通过理论在简化的线性模型上证实，表明在不连贯的条件下稀疏噪声和低级别数据之间的精确分离。这项工作打开了许多有趣的方向，可以使用稀疏的过度参数化和隐式正则化来改善过度参数化模型。

自数据注释（尤其是对于大型数据集）以来，使用嘈杂的标签学习引起了很大的研究兴趣，这可能不可避免地不可避免。最近的方法通过将培训样本分为清洁和嘈杂的集合来求助于半监督的学习问题。然而，这种范式在重标签噪声下容易出现重大变性，因为干净样品的数量太小，无法进行常规方法。在本文中，我们介绍了一个新颖的框架，称为LC-Booster，以在极端噪音下明确处理学习。 LC-Booster的核心思想是将标签校正纳入样品选择中，以便可以通过可靠的标签校正来培训更纯化的样品，从而减轻确认偏差。实验表明，LC-Booster在几个嘈杂标签的基准测试中提高了最先进的结果，包括CIFAR-10，CIFAR-100，CLASTINGING 1M和WEBVISION。值得注意的是，在极端的90 \％噪声比下，LC-Booster在CIFAR-10和CIFAR-100上获得了92.9 \％和48.4 \％的精度，超过了最终方法，较大的边距就超过了最终方法。

The existence of label noise imposes significant challenges (e.g., poor generalization) on the training process of deep neural networks (DNN). As a remedy, this paper introduces a permutation layer learning approach termed PermLL to dynamically calibrate the training process of the DNN subject to instance-dependent and instance-independent label noise. The proposed method augments the architecture of a conventional DNN by an instance-dependent permutation layer. This layer is essentially a convex combination of permutation matrices that is dynamically calibrated for each sample. The primary objective of the permutation layer is to correct the loss of noisy samples mitigating the effect of label noise. We provide two variants of PermLL in this paper: one applies the permutation layer to the model's prediction, while the other applies it directly to the given noisy label. In addition, we provide a theoretical comparison between the two variants and show that previous methods can be seen as one of the variants. Finally, we validate PermLL experimentally and show that it achieves state-of-the-art performance on both real and synthetic datasets.

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.

样品选择是减轻标签噪声在鲁棒学习中的影响的有效策略。典型的策略通常应用小损失标准来识别干净的样品。但是，这些样本位于决策边界周围，通常会与嘈杂的例子纠缠在一起，这将被此标准丢弃，从而导致概括性能的严重退化。在本文中，我们提出了一种新颖的选择策略，\ textbf {s} elf- \ textbf {f} il \ textbf {t} ering（sft），它利用历史预测中嘈杂的示例的波动来过滤它们，可以过滤它们，这可以是可以过滤的。避免在边界示例中的小损失标准的选择偏置。具体来说，我们介绍了一个存储库模块，该模块存储了每个示例的历史预测，并动态更新以支持随后的学习迭代的选择。此外，为了减少SFT样本选择偏置的累积误差，我们设计了一个正规化术语来惩罚自信的输出分布。通过通过此术语增加错误分类类别的重量，损失函数在轻度条件下标记噪声是可靠的。我们对具有变化噪声类型的三个基准测试并实现了新的最先进的实验。消融研究和进一步分析验证了SFT在健壮学习中选择样本的优点。

深度学习在大量大数据的帮助下取得了众多域中的显着成功。然而，由于许多真实情景中缺乏高质量标签，数据标签的质量是一个问题。由于嘈杂的标签严重降低了深度神经网络的泛化表现，从嘈杂的标签（强大的培训）学习是在现代深度学习应用中成为一项重要任务。在本调查中，我们首先从监督的学习角度描述了与标签噪声学习的问题。接下来，我们提供62项最先进的培训方法的全面审查，所有这些培训方法都按照其方法论差异分为五个群体，其次是用于评估其优越性的六种性质的系统比较。随后，我们对噪声速率估计进行深入分析，并总结了通常使用的评估方法，包括公共噪声数据集和评估度量。最后，我们提出了几个有前途的研究方向，可以作为未来研究的指导。所有内容将在https://github.com/songhwanjun/awesome-noisy-labels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。

部分标签学习（PLL）是一个典型的弱监督学习框架，每个培训实例都与候选标签集相关联，其中只有一个标签是有效的。为了解决PLL问题，通常方法试图通过使用先验知识（例如培训数据的结构信息）或以自训练方式提炼模型输出来对候选人集进行歧义。不幸的是，由于在模型训练的早期阶段缺乏先前的信息或不可靠的预测，这些方法通常无法获得有利的性能。在本文中，我们提出了一个新的针对部分标签学习的框架，该框架具有元客观指导性的歧义（MOGD），该框架旨在通过在小验证集中求解元目标来从设置的候选标签中恢复地面真相标签。具体而言，为了减轻假阳性标签的负面影响，我们根据验证集的元损失重新权重。然后，分类器通过最大程度地减少加权交叉熵损失来训练。通过使用普通SGD优化器的各种深网络可以轻松实现所提出的方法。从理论上讲，我们证明了元目标的收敛属性，并得出了所提出方法的估计误差界限。在各种基准数据集和实际PLL数据集上进行的广泛实验表明，与最先进的方法相比，所提出的方法可以实现合理的性能。