在过去的几年中，神经网络（NN）从实验室环境中发展为许多现实世界中的最新问题。结果表明，NN模型（即它们的重量和偏见）在训练过程中的重量空间中的独特轨迹上演变。随后，这种神经网络模型（称为模型动物园）的人群将在体重空间中形成结构。我们认为，这些结构的几何形状，曲率和平滑度包含有关训练状态的信息，并且可以揭示单个模型的潜在特性。使用这种模型动物园，可以研究（i）模型分析的新方法，（ii）发现未知的学习动力学，（iii）学习此类人群的丰富表示形式，或（iv）利用模型动物园来用于NN权重和NN权重的生成模型偏见。不幸的是，缺乏标准化模型动物园和可用的基准可以显着增加摩擦，以进一步研究NNS人群。通过这项工作，我们发布了一个新颖的模型动物园数据集，其中包含系统生成和多样化的NN模型种群，以进行进一步研究。总共提出的模型动物园数据集基于八个图像数据集，由27个模型动物园组成，该模型动物园训练有不同的超参数组合，包括50'360唯一的NN型号以及其稀疏双胞胎，导致超过3'844'360收集的型号。 。此外，对于模型动物园数据，我们提供了对动物园的深入分析，并为多个下游任务提供了基准。该数据集可在www.modelzoos.cc上找到。

已显示自我监督学习（SSL）学习有用和信息保存的表示。神经网络（NNS）被广泛应用，但它们的重量空间仍然不完全理解。因此，我们建议使用SSL来学习NNS群体重量的神经表示。为此，我们介绍域特定的数据增强和适应的关注架构。我们的实证评估表明，该领域的自我监督的代表学习能够恢复不同的NN模型特征。此外，我们表明所提出的学习表示始终是预测超参数，测试准确性和泛化差距以及转移到分发外设置的工作。

给定模型动物园的神经网络权重的学习表示是一个新兴而具有挑战性的领域，从模型检查到神经体系结构搜索或知识蒸馏，具有许多潜在的应用。最近，在模型动物园进行训练的自动编码器能够学习一个超代理，该代表体捕获了动物园中模型的内在和外在特性。在这项工作中，我们扩展了超代表，以供生成使用以采样新的模型权重。我们提出的是层损失归一化，我们证明，这是基于超代表拓扑生成高性能模型和几种采样方法的关键。使用我们的方法生成的模型是多种多样的，性能的，并且能够超过强大的基准，从而在下游任务上进行了评估：初始化，合奏采样和传递学习。我们的结果表明，通过超代理通过过度代理，知识聚集从模型动物园到新模型的潜力，从而为新的研究方向铺平了途径。

给定模型动物园的神经网络权重的学习表示是一个新兴而具有挑战性的领域，从模型检查到神经体系结构搜索或知识蒸馏，具有许多潜在的应用。最近，在模型动物园进行训练的自动编码器能够学习一个超代理，该代表体捕获了动物园中模型的内在和外在特性。在这项工作中，我们扩展了超代表性的生成用途，以品尝新的模型权重作为预训练。我们提出的是层损失归一化，我们证明，这是生成高性能模型和基于超代表经验密度的采样方法的关键。使用我们的方法生成的模型是多种多样的，性能的，并且能够超过传统基线的转移学习。我们的结果表明，通过超代理通过过度代理，知识聚集从模型动物园到新模型的潜力，从而为新的研究方向铺平了途径。

避免在监督学习中过度拟合的一种常见方法是尽早停止，在训练期间，将持有的设置用于迭代评估，以在训练步骤数量中找到最大概括的训练步骤。但是，这样的方法需要一个不相交的验证集，因此通常为此目的遗漏了训练集的标记数据的一部分，当训练数据稀缺时，这并不理想。此外，当训练标签嘈杂时，模型在验证集中的性能可能不是准确的概括代理。在本文中，我们提出了一种方法，可以在训练迭代中发现早期停止点而无需进行验证集。我们首先表明，在过度参数化的方向上，线性模型的随机初始化权重在训练过程中收敛到同一方向。使用此结果，我们建议训练用不同随机种子初始初始化的线性模型的两个平行实例，并使用它们的交点作为信号来检测过度拟合。为了检测相交，我们在训练迭代过程中使用平行模型的重量之间的余弦距离。注意到NN的最后一层是输出逻辑的前层层激活的线性图，我们使用反事实权重的新概念来建立线性模型的标准，并提出向多层网络的扩展。我们对两个领域进行实验，这些领域的早期停止对防止过度拟合NN具有明显的影响：（i）从嘈杂的标签中学习； （ii）学习在IR中排名。我们在四个广泛使用的数据集上进行的实验证实了我们的概括方法的有效性。对于广泛的学习率，我们的方法称为余弦距离标准（CDC），比我们几乎在所有测试的情况下与所有方法相比的所有方法平均得出更好的概括。

Neural architecture search (NAS) is a promising research direction that has the potential to replace expert-designed networks with learned, task-specific architectures. In this work, in order to help ground the empirical results in this field, we propose new NAS baselines that build off the following observations: (i) NAS is a specialized hyperparameter optimization problem; and (ii) random search is a competitive baseline for hyperparameter optimization. Leveraging these observations, we evaluate both random search with early-stopping and a novel random search with weight-sharing algorithm on two standard NAS benchmarks-PTB and CIFAR-10. Our results show that random search with early-stopping is a competitive NAS baseline, e.g., it performs at least as well as ENAS [41], a leading NAS method, on both benchmarks. Additionally, random search with weight-sharing outperforms random search with early-stopping, achieving a state-of-the-art NAS result on PTB and a highly competitive result on CIFAR-10. Finally, we explore the existing reproducibility issues of published NAS results. We note the lack of source material needed to exactly reproduce these results, and further discuss the robustness of published results given the various sources of variability in NAS experimental setups. Relatedly, we provide all information (code, random seeds, documentation) needed to exactly reproduce our results, and report our random search with weight-sharing results for each benchmark on multiple runs.

大多数现有的神经体系结构搜索（NAS）基准和算法优先考虑了良好的任务，例如CIFAR或Imagenet上的图像分类。这使得在更多样化的领域的NAS方法的表现知之甚少。在本文中，我们提出了NAS-Bench-360，这是一套基准套件，用于评估超出建筑搜索传统研究的域的方法，并使用它来解决以下问题：最先进的NAS方法在多样化的任务？为了构建基准测试，我们策划了十个任务，这些任务涵盖了各种应用程序域，数据集大小，问题维度和学习目标。小心地选择每个任务与现代CNN的搜索方法互操作，同时可能与其原始开发领域相距遥远。为了加快NAS研究的成本，对于其中两个任务，我们发布了包括标准CNN搜索空间的15,625个体系结构的预定性能。在实验上，我们表明需要对NAS BENCH-360进行更强大的NAS评估，从而表明几种现代NAS程序在这十个任务中执行不一致，并且有许多灾难性差的结果。我们还展示了NAS Bench-360及其相关的预算结果将如何通过测试NAS文献中最近推广的一些假设来实现未来的科学发现。 NAS-Bench-360托管在https://nb360.ml.cmu.edu上。

深度学习文献通过新的架构和培训技术不断更新。然而，尽管有一些关于随机权重的发现，但最近的研究却忽略了重量初始化。另一方面，最近的作品一直在接近网络科学，以了解训练后人工神经网络（ANN）的结构和动态。因此，在这项工作中，我们分析了随机初始化网络中神经元的中心性。我们表明，较高的神经元强度方差可能会降低性能，而较低的神经元强度方差通常会改善它。然后，提出了一种新方法，根据其强度根据优先附着（PA）规则重新连接神经元连接，从而大大降低了通过常见方法初始化的层的强度方差。从这个意义上讲，重新布线仅重新组织连接，同时保留权重的大小和分布。我们通过对图像分类进行的广泛统计分析表明，在使用简单和复杂的体系结构和学习时间表时，在大多数情况下，在培训和测试过程中，性能都会提高。我们的结果表明，除了规模外，权重的组织也与更好的初始化初始化有关。

Multitask learning assumes that models capable of learning from multiple tasks can achieve better quality and efficiency via knowledge transfer, a key feature of human learning. Though, state of the art ML models rely on high customization for each task and leverage size and data scale rather than scaling the number of tasks. Also, continual learning, that adds the temporal aspect to multitask, is often focused to the study of common pitfalls such as catastrophic forgetting instead of being studied at a large scale as a critical component to build the next generation artificial intelligence.We propose an evolutionary method capable of generating large scale multitask models that support the dynamic addition of new tasks. The generated multitask models are sparsely activated and integrates a task-based routing that guarantees bounded compute cost and fewer added parameters per task as the model expands.The proposed method relies on a knowledge compartmentalization technique to achieve immunity against catastrophic forgetting and other common pitfalls such as gradient interference and negative transfer. We demonstrate empirically that the proposed method can jointly solve and achieve competitive results on 69public image classification tasks, for example improving the state of the art on a competitive benchmark such as cifar10 by achieving a 15% relative error reduction compared to the best model trained on public data.

我们提出了TABPFN，这是一种与小型表格数据集上的最新技术竞争性的自动化方法，而更快的速度超过1,000美元。我们的方法非常简单：它完全符合单个神经网络的权重，而单个正向通行证直接产生了对新数据集的预测。我们的AutoML方法是使用基于变压器的先验数据拟合网络（PFN）体系结构进行元学习的，并近似贝叶斯推断，其先验是基于简单性和因果结构的假设。先验包含庞大的结构性因果模型和贝叶斯神经网络，其偏见是小体系结构，因此复杂性较低。此外，我们扩展了PFN方法以在实际数据上校准Prior的超参数。通过这样做，我们将抽象先前的假设与对真实数据的启发式校准分开。之后，修复了校准的超参数，并在按钮按钮时可以将TABPFN应用于任何新的表格数据集。最后，在OpenML-CC18套件的30个数据集上，我们表明我们的方法优于树木，并与复杂的最新Automl系统相同，并且在不到一秒钟内产生的预测。我们在补充材料中提供所有代码和最终训练的TABPFN。

主动学习（AL）是一个有希望的ML范式，有可能解析大型未标记数据并有助于降低标记数据可能令人难以置信的域中的注释成本。最近提出的基于神经网络的AL方法使用不同的启发式方法来实现这一目标。在这项研究中，我们证明，在相同的实验环境下，不同类型的AL算法（基于不确定性，基于多样性和委员会）产生了与随机采样基线相比的不一致增长。通过各种实验，控制了随机性来源，我们表明，AL算法实现的性能指标方差可能会导致与先前报道的结果不符的结果。我们还发现，在强烈的正则化下，AL方法在各种实验条件下显示出比随机采样基线的边缘或没有优势。最后，我们以一系列建议进行结论，以了解如何使用新的AL算法评估结果，以确保在实验条件下的变化下结果可再现和健壮。我们共享我们的代码以促进AL评估。我们认为，我们的发现和建议将有助于使用神经网络在AL中进行可重复的研究。我们通过https://github.com/prateekmunjal/torchal开源代码

Neural networks require careful weight initialization to prevent signals from exploding or vanishing. Existing initialization schemes solve this problem in specific cases by assuming that the network has a certain activation function or topology. It is difficult to derive such weight initialization strategies, and modern architectures therefore often use these same initialization schemes even though their assumptions do not hold. This paper introduces AutoInit, a weight initialization algorithm that automatically adapts to different neural network architectures. By analytically tracking the mean and variance of signals as they propagate through the network, AutoInit appropriately scales the weights at each layer to avoid exploding or vanishing signals. Experiments demonstrate that AutoInit improves performance of convolutional, residual, and transformer networks across a range of activation function, dropout, weight decay, learning rate, and normalizer settings, and does so more reliably than data-dependent initialization methods. This flexibility allows AutoInit to initialize models for everything from small tabular tasks to large datasets such as ImageNet. Such generality turns out particularly useful in neural architecture search and in activation function discovery. In these settings, AutoInit initializes each candidate appropriately, making performance evaluations more accurate. AutoInit thus serves as an automatic configuration tool that makes design of new neural network architectures more robust. The AutoInit package provides a wrapper around TensorFlow models and is available at https://github.com/cognizant-ai-labs/autoinit.

最近证明，接受SGD训练的神经网络优先依赖线性预测的特征，并且可以忽略复杂的，同样可预测的功能。这种简单性偏见可以解释他们缺乏分布（OOD）的鲁棒性。学习任务越复杂，统计工件（即选择偏见，虚假相关性）的可能性就越大比学习的机制更简单。我们证明可以减轻简单性偏差并改善了OOD的概括。我们使用对其输入梯度对齐的惩罚来训练一组类似的模型以不同的方式拟合数据。我们从理论和经验上展示了这会导致学习更复杂的预测模式的学习。 OOD的概括从根本上需要超出I.I.D.示例，例如多个培训环境，反事实示例或其他侧面信息。我们的方法表明，我们可以将此要求推迟到独立的模型选择阶段。我们获得了SOTA的结果，可以在视觉域偏置数据和概括方面进行视觉识别。该方法 - 第一个逃避简单性偏见的方法 - 突出了需要更好地理解和控制深度学习中的归纳偏见。

视觉变压器（VIT）已被证明可以在广泛的视觉应用中获得高度竞争性的性能，例如图像分类，对象检测和语义图像分割。与卷积神经网络相比，通常发现视觉变压器的较弱的电感偏差会在较小的培训数据集上培训时，会增加对模型正则化或数据增强的依赖（简称为“ AUGREG”）。我们进行了一项系统的实证研究，以便更好地了解培训数据，AUGREG，模型大小和计算预算之间的相互作用。作为这项研究的一个结果，我们发现增加的计算和AUGREG的组合可以产生与在数量级上训练的模型相同的训练数据的模型：我们在公共Imagenet-21K数据集中培训各种尺寸的VIT模型在较大的JFT-300M数据集上匹配或超越其对手的培训。

能源部门的深度脱碳将需要大量的随机可再生能源渗透和大量的网格资产协调。对于面对这种变化而负责维持电网稳定性和安全性的电力系统运营商来说，这是一个具有挑战性的范式。凭借从复杂数据集中学习并提供有关快速时间尺度的预测解决方案的能力，机器学习（ML）得到了很好的选择，可以帮助克服这些挑战，因为在未来几十年中，电力系统转变。在这项工作中，我们概述了与构建可信赖的ML模型相关的五个关键挑战（数据集生成，数据预处理，模型培训，模型评估和模型嵌入），这些模型从基于物理的仿真数据中学习。然后，我们演示如何将单个模块连接在一起，每个模块都克服了各自的挑战，在机器学习管道中的顺序阶段，如何有助于提高训练过程的整体性能。特别是，我们实施了通过反馈连接学习管道的不同元素的方法，从而在模型培训，绩效评估和重新训练之间“关闭循环”。我们通过学习与拟议的北海风能中心系统的详细模型相关的N-1小信号稳定性边缘来证明该框架，其组成模块的有效性及其反馈连接。

训练有素的神经网络的性能至关重要。加上深度学习模型的不断增长的规模，这种观察激发了对学习稀疏模型的广泛研究。在这项工作中，我们专注于控制稀疏学习时的稀疏水平的任务。基于稀疏性惩罚的现有方法涉及对罚款因素的昂贵反复试验调整，因此缺乏直接控制所得模型的稀疏性。作为响应，我们采用了一个约束的公式：使用Louizos等人提出的栅极机制。 （2018年），我们制定了一个受约束的优化问题，其中稀疏以训练目标和所需的稀疏目标以端到端的方式指导。使用WIDERESNET和RESNET {18，50}模型进行了CIFAR-10/100，Tinyimagenet和ImageNet的实验验证了我们的提案的有效性，并证明我们可以可靠地实现预定的稀疏目标，而不会损害预测性能。

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.

近年来，计算机视觉社区中最受欢迎的技术之一就是深度学习技术。作为一种数据驱动的技术，深层模型需要大量准确标记的培训数据，这在许多现实世界中通常是无法访问的。数据空间解决方案是数据增强（DA），可以人为地从原始样本中生成新图像。图像增强策略可能因数据集而有所不同，因为不同的数据类型可能需要不同的增强以促进模型培训。但是，DA策略的设计主要由具有领域知识的人类专家决定，这被认为是高度主观和错误的。为了减轻此类问题，一个新颖的方向是使用自动数据增强（AUTODA）技术自动从给定数据集中学习图像增强策略。 Autoda模型的目的是找到可以最大化模型性能提高的最佳DA策略。这项调查从图像分类的角度讨论了Autoda技术出现的根本原因。我们确定标准自动赛车模型的三个关键组件：搜索空间，搜索算法和评估功能。根据他们的架构，我们提供了现有图像AUTODA方法的系统分类法。本文介绍了Autoda领域的主要作品，讨论了他们的利弊，并提出了一些潜在的方向以进行未来的改进。

We demonstrate that self-learning techniques like entropy minimization and pseudo-labeling are simple and effective at improving performance of a deployed computer vision model under systematic domain shifts. We conduct a wide range of large-scale experiments and show consistent improvements irrespective of the model architecture, the pre-training technique or the type of distribution shift. At the same time, self-learning is simple to use in practice because it does not require knowledge or access to the original training data or scheme, is robust to hyperparameter choices, is straight-forward to implement and requires only a few adaptation epochs. This makes self-learning techniques highly attractive for any practitioner who applies machine learning algorithms in the real world. We present state-of-the-art adaptation results on CIFAR10-C (8.5% error), ImageNet-C (22.0% mCE), ImageNet-R (17.4% error) and ImageNet-A (14.8% error), theoretically study the dynamics of self-supervised adaptation methods and propose a new classification dataset (ImageNet-D) which is challenging even with adaptation.

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to self-supervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected.