成像检查（例如胸部X射线照相）将产生一小部分常见发现和一组少数罕见的发现。虽然训练有素的放射科医生可以通过研究一些代表性的例子来学习罕见条件的视觉呈现，但是教机器从这种“长尾”分布中学习的情况更加困难，因为标准方法很容易偏向最常见的类别。在本文中，我们介绍了胸部X射线胸腔疾病特定领域的长尾学习问题的全面基准研究。我们专注于从自然分布的胸部X射线数据中学习，不仅优化了分类精度，不仅是常见的“头”类，而且还优化了罕见但至关重要的“尾巴”类。为此，我们引入了一个具有挑战性的新长尾X射线基准，以促进开发长尾学习方法进行医学图像分类。该基准由两个用于19-和20向胸部疾病分类的胸部X射线数据集组成，其中包含多达53,000的类别，只有7个标记的训练图像。我们在这种新的基准上评估了标准和最先进的长尾学习方法，分析这些方法的哪些方面对长尾医学图像分类最有益，并总结了对未来算法设计的见解。数据集，训练有素的模型和代码可在https://github.com/vita-group/longtailcxr上找到。

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.

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。

模型训练期间常见疾病和稀有疾病之间的数据失衡通常会导致智能诊断系统对常见疾病的预测有偏见。最先进的方法采用了两阶段的学习框架来减轻班级不平衡问题，其中第一阶段的重点是培训一般功能提取器，第二阶段的重点是对课堂的分类器负责人进行微调重新平衡。但是，现有的两阶段方法并不认为不同疾病之间的细粒度属性，通常导致第一阶段对医学图像分类的有效性低于自然图像分类任务。在这项研究中，我们建议将度量学习嵌入到两个阶段框架的第一阶段中，以帮助特征提取器学习提取更具歧视性特征表示。广泛的实验主要在三个医疗图像数据集上表明，所提出的方法始终优于现有的oneStage和两阶段方法，这表明可以将公制学习用作两阶段的插入式插件组件，用于两阶段的良好类粒度差异。图像分类任务。

真实世界的图像通常是通过对每级图像数量的显着不平衡的特征，导致长尾的分布。长尾视觉识别的有效和简单的方法是分别学习特征表示和分类器，分别使用实例和类平衡采样。在这项工作中，我们介绍一个新的框架，通过键观察，即使用实例采样学习的特征表示远远不受长尾设置的最佳选择。我们的主要贡献是一种新的培训方法，称为类别平衡蒸馏（CBD），其利用知识蒸馏来增强特征表示。 CBD允许特征表示在第二阶段的老师指导的第二次培训阶段演变。第二阶段使用类平衡的采样，以专注于非代表性的类。此框架可以自然地适应多个教师的使用，从模型的集合中解锁信息以增强识别能力。我们的实验表明，所提出的技术始终如一地优于本领域的长尾识别基准，例如想象群 - LT，Inaturatibry17和Inaturation18。

现有的长尾分类（LT）方法仅着眼于解决阶级的失衡，即头部类别的样本多于尾巴类，但忽略了属性的不平衡。实际上，即使班级平衡，由于各种属性，每个类中的样本仍然可能会长时间尾。请注意，后者在根本上比前者更加普遍和具有挑战性，因为属性不仅是大多数数据集的隐含，而且在组合上也具有复杂性，因此平衡的昂贵。因此，我们引入了一个新的研究问题：广义的长尾分类（GLT），共同考虑两种失衡。通过“广义”，我们的意思是，GLT方法自然应该解决传统的LT，但反之亦然。毫不奇怪，我们发现大多数class LT方法在我们提出的两个基准中退化：Imagenet-GLT和Mscoco-GLT。我们认为这是因为他们过分强调了班级分布的调整，同时忽略了学习属性不变的功能。为此，我们提出了一种不变特征学习（IFL）方法，作为GLT的第一个强基线。 IFL首先从不完美的预测中发现具有不同类内分布的环境，然后在其中学习不变的功能。有希望的是，作为改进的功能主链，IFL提高了所有LT阵容：一个/两阶段的重新平衡，增强和合奏。代码和基准可在GitHub上获得：https：//github.com/kaihuatang/generalized-long-tailed-benchmarks.pytorch

Real world data often have a long-tailed and open-ended distribution. A practical recognition system must classify among majority and minority classes, generalize from a few known instances, and acknowledge novelty upon a never seen instance. We define Open Long-Tailed Recognition (OLTR) as learning from such naturally distributed data and optimizing the classification accuracy over a balanced test set which include head, tail, and open classes. OLTR must handle imbalanced classification, few-shot learning, and open-set recognition in one integrated algorithm, whereas existing classification approaches focus only on one aspect and deliver poorly over the entire class spectrum. The key challenges are how to share visual knowledge between head and tail classes and how to reduce confusion between tail and open classes.We develop an integrated OLTR algorithm that maps an image to a feature space such that visual concepts can easily relate to each other based on a learned metric that respects the closed-world classification while acknowledging the novelty of the open world. Our so-called dynamic metaembedding combines a direct image feature and an associated memory feature, with the feature norm indicating the familiarity to known classes. On three large-scale OLTR datasets we curate from object-centric ImageNet, scenecentric Places, and face-centric MS1M data, our method consistently outperforms the state-of-the-art. Our code, datasets, and models enable future OLTR research and are publicly available at https://liuziwei7.github. io/projects/LongTail.html.

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。

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。

在现实世界中，医疗数据集通常表现出长尾数据分布（即，一些类占据大多数数据，而大多数类都很少有一些样本），这导致挑战的不平衡学习场景。例如，估计有超过40种不同的视网膜疾病，无论发生了多种发病率，然而，来自全球患者队列的超过30多种条件非常罕见，这导致基于深度学习的筛选典型的长尾学习问题楷模。此外，视网膜中可能存在多种疾病，这导致多标签情景并为重新采样策略带来标签共生问题。在这项工作中，我们提出了一种新颖的框架，利用了视网膜疾病的先验知识，以便在等级 - 明智的约束下培训模型的更强大的代表。然后，首先引入了一个实例 - 明智的类平衡的采样策略和混合知识蒸馏方式，以从长尾的多标签分布中学习。我们的实验培训超过一百万个样品的视网膜数据集展示了我们所提出的方法的优越性，这些方法优于所有竞争对手，并显着提高大多数疾病的识别准确性，特别是那些罕见的疾病。

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％。

视觉世界自然地在目标或场景实例的数量中表现出不平衡，导致\ EMPH {长​​尾分布}。这种不平衡对基于深度学习的分类模式构成了重大挑战。尾课的过采样实例试图解决这种不平衡。然而，有限的视觉多样性导致具有差的呈现能力差的网络。一个简单的计数器到此是解耦表示和分类器网络，并使用过采样仅用于培训分类器。在本文中，而不是反复重新采样相同的图像（以及由此特征），我们探索通过估计尾类分布来生成有意义特征的方向。灵感来自于近期工作的思想，我们创建校准的分布，以对随后用于训练分类器的其他功能。通过在CiFar-100-LT（长尾）数据集上的几个实验，具有不同的不平衡因子和迷你想象 - LT（长尾），我们展示了我们的方法的功效并建立了新的状态 - 艺术。我们还使用T-SNE可视化对生成功能进行了定性分析，并分析了用于校准尾级分布的最近邻居。我们的代码可在https://github.com/rahulvigneswaran/tailcalibx获得。

相机陷阱是监视收集大量图片的野生动植物的策略。从每个物种收集的图像数量通常遵循长尾分布，即，一些类有大量实例，而许多物种只有很小的比例。尽管在大多数情况下，这些稀有物种是生态学家感兴趣的类别，但在使用深度学习模型时，它们通常被忽略，因为这些模型需要大量的培训图像。在这项工作中，我们系统地评估了最近提出的技术 - 即平方根重新采样，平衡的焦点损失和平衡的组软效果 - 以解决相机陷阱图像中动物物种的长尾视觉识别。为了得出更一般的结论，我们评估了四个计算机视觉模型家族（Resnet，Mobilenetv3，EdgitionNetV2和Swin Transformer）和具有不同特征不同的相机陷阱数据集的四个家族。最初，我们用最新的培训技巧准备了一个健壮的基线，然后应用了改善长尾识别的方法。我们的实验表明，Swin Transformer可以在不应用任何其他方法处理不平衡的方法的情况下达到稀有类别的高性能，WCS数据集的总体准确性为88.76％，Snapshot Serengeti的总体准确性为94.97％，考虑到基于位置的火车/测试拆分。通常，平方根采样是一种方法，它最大程度地提高了少数族裔阶级的表现约为10％，但以降低多数类准确性至少4％的代价。这些结果促使我们使用合并平方根采样和基线的合奏提出了一种简单有效的方法。拟议的方法实现了尾巴级的性能与头等阶级准确性的成本之间的最佳权衡。

我们在现有的长尾分类方法中解决了被忽视的无偏见：我们发现它们的整体改善主要归因于尾部过度的偏置偏好，因为假设测试分配是平衡的;但是，当测试与长尾训练数据一样不平衡 - 让测试尊重ZIPF的自然定律 - 尾巴偏差不再有益，因为它伤害了大多数人。在本文中，我们提出了跨域经验风险最小化（XIM）来训练一个非偏见模型，以实现对两个测试分布的强大性能，经验证明Xerm通过学习更好的特征表示而不是头部与头部来改善分类。游戏。基于因果关系，我们进一步理论上解释了Xerm实现了非偏见的原因：通过调整不平衡域和平衡但不合形的结构域的经验风险来消除由域选择引起的偏差。代码可在https://github.com/beierzhu/xerm获得。

与其他类别（称为少数族裔或尾巴类）相比，很少的类或类别（称为多数或头等类别的类别）具有更高的数据样本数量，在现实世界中，长尾数据集经常遇到。在此类数据集上培训深层神经网络会给质量级别带来偏见。到目前为止，研究人员提出了多种加权损失和数据重新采样技术，以减少偏见。但是，大多数此类技术都认为，尾巴类始终是最难学习的类，因此需要更多的重量或注意力。在这里，我们认为该假设可能并不总是成立的。因此，我们提出了一种新颖的方法，可以在模型的训练阶段动态测量每个类别的瞬时难度。此外，我们使用每个班级的难度度量来设计一种新型的加权损失技术，称为“基于阶级难度的加权（CDB-W）损失”和一种新型的数据采样技术，称为“基于类别难度的采样）（CDB-S ）'。为了验证CDB方法的广泛可用性，我们对多个任务进行了广泛的实验，例如图像分类，对象检测，实例分割和视频操作分类。结果验证了CDB-W损失和CDB-S可以在许多类似于现实世界中用例的类别不平衡数据集（例如Imagenet-LT，LVIS和EGTEA）上实现最先进的结果。

许多现实世界的识别问题都有不平衡或长尾标签的分布。这些分布使表示形式学习更具挑战性，因为对尾巴类别的概括有限。如果测试分布与训练分布有所不同，例如统一与长尾，需要解决分配转移的问题。为此，最近的作品通过贝叶斯定理的启发，使用边缘修改扩展了SoftMax跨凝结。在本文中，我们通过专家的平衡产品（Balpoe）概括了几种方法，该方法结合了一个具有不同测试时间目标分布的模型家庭，以解决数据中的不平衡。拟议的专家在一个阶段进行培训，无论是共同还是独立的，并无缝融合到Balpoe中。我们表明，Balpoe是Fisher的一致性，可以最大程度地减少均衡误差并执行广泛的实验以验证我们的方法的有效性。最后，我们研究了在这种情况下混合的效果，发现正则化是学习校准专家的关键要素。我们的实验表明，正则化的BALPOE在测试准确性和校准指标上的表现非常出色，从而导致CIFAR-100-LT，Imagenet-LT和Inaturalist-2018数据集的最新结果。该代码将在纸质接受后公开提供。

在这项工作中，我们解决了长尾图像识别的具有挑战性的任务。以前的长尾识别方法通常集中于尾巴类别的数据增强或重新平衡策略，以在模型培训期间更加关注尾巴类。但是，由于尾巴类别的训练图像有限，尾部类图像的多样性仍受到限制，从而导致特征表现不佳。在这项工作中，我们假设头部和尾部类中的常见潜在特征可用于提供更好的功能表示。由此激励，我们引入了基于潜在类别的长尾识别（LCREG）方法。具体来说，我们建议学习一组在头和尾巴中共享的类不足的潜在特征。然后，我们通过将语义数据扩展应用于潜在特征，隐式地丰富了训练样本的多样性。对五个长尾图识别数据集进行的广泛实验表明，我们提出的LCREG能够显着超越先前的方法并实现最新结果。

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。

自我监督的学习在表示视觉和文本数据的表示方面取得了巨大的成功。但是，当前的方法主要在经过良好策划的数据集中验证，这些数据集未显示现实世界的长尾分布。在损失的角度或模型观点中，重新平衡的重新平衡是为了考虑自我监督的长尾学习的最新尝试，类似于被监督的长尾学习中的范式。然而，没有标签的帮助，由于尾巴样品发现或启发式结构设计的限制，这些探索并未显示出预期的明显希望。与以前的作品不同，我们从替代角度（即数据角度）探索了这个方向，并提出了一种新颖的增强对比度学习（BCL）方法。具体而言，BCL利用深神经网络的记忆效果自动推动对比度学习中样本视图的信息差异，这更有效地增强了标签 - unaware环境中的长尾学习。对一系列基准数据集进行的广泛实验证明了BCL对几种最新方法的有效性。我们的代码可在https://github.com/mediabrain-sjtu/bcl上找到。

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.