Knowledge about space and time is necessary to solve problems in the physical world: An AI agent situated in the physical world and interacting with objects often needs to reason about positions of and relations between objects; and as soon as the agent plans its actions to solve a task, it needs to consider the temporal aspect (e.g., what actions to perform over time). Spatio-temporal knowledge, however, is required beyond interacting with the physical world, and is also often transferred to the abstract world of concepts through analogies and metaphors (e.g., "a threat that is hanging over our heads"). As spatial and temporal reasoning is ubiquitous, different attempts have been made to integrate this into AI systems. In the area of knowledge representation, spatial and temporal reasoning has been largely limited to modeling objects and relations and developing reasoning methods to verify statements about objects and relations. On the other hand, neural network researchers have tried to teach models to learn spatial relations from data with limited reasoning capabilities. Bridging the gap between these two approaches in a mutually beneficial way could allow us to tackle many complex real-world problems, such as natural language processing, visual question answering, and semantic image segmentation. In this chapter, we view this integration problem from the perspective of Neuro-Symbolic AI. Specifically, we propose a synergy between logical reasoning and machine learning that will be grounded on spatial and temporal knowledge. Describing some successful applications, remaining challenges, and evaluation datasets pertaining to this direction is the main topic of this contribution.

Neural-symbolic computing (NeSy), which pursues the integration of the symbolic and statistical paradigms of cognition, has been an active research area of Artificial Intelligence (AI) for many years. As NeSy shows promise of reconciling the advantages of reasoning and interpretability of symbolic representation and robust learning in neural networks, it may serve as a catalyst for the next generation of AI. In the present paper, we provide a systematic overview of the important and recent developments of research on NeSy AI. Firstly, we introduce study history of this area, covering early work and foundations. We further discuss background concepts and identify key driving factors behind the development of NeSy. Afterward, we categorize recent landmark approaches along several main characteristics that underline this research paradigm, including neural-symbolic integration, knowledge representation, knowledge embedding, and functionality. Then, we briefly discuss the successful application of modern NeSy approaches in several domains. Finally, we identify the open problems together with potential future research directions. This survey is expected to help new researchers enter this rapidly-developing field and accelerate progress towards data-and knowledge-driven AI.

主张神经符号人工智能（NESY）断言，将深度学习与象征性推理相结合将导致AI更强大，而不是本身。像深度学习一样成功，人们普遍认为，即使我们最好的深度学习系统也不是很擅长抽象推理。而且，由于推理与语言密不可分，因此具有直觉的意义，即自然语言处理（NLP）将成为NESY特别适合的候选人。我们对实施NLP实施NESY的研究进行了结构化审查，目的是回答Nesy是否确实符合其承诺的问题：推理，分布概括，解释性，学习和从小数据的可转让性以及新的推理到新的域。我们研究了知识表示的影响，例如规则和语义网络，语言结构和关系结构，以及隐式或明确的推理是否有助于更高的承诺分数。我们发现，将逻辑编译到神经网络中的系统会导致满足最NESY的目标，而其他因素（例如知识表示或神经体系结构的类型）与实现目标没有明显的相关性。我们发现在推理的定义方式上，特别是与人类级别的推理有关的许多差异，这会影响有关模型架构的决策并推动结论，这些结论在整个研究中并不总是一致的。因此，我们倡导采取更加有条不紊的方法来应用人类推理的理论以及适当的基准的发展，我们希望这可以更好地理解该领域的进步。我们在GitHub上提供数据和代码以进行进一步分析。

近年来，随着新颖的策略和应用，神经网络一直在迅速扩展。然而，尽管不可避免地会针对关键应用程序来解决这些挑战，例如神经网络技术诸如神经网络技术中仍未解决诸如神经网络技术的挑战。已经尝试通过用符号表示来表示和嵌入域知识来克服神经网络计算中的挑战。因此，出现了神经符号学习（Nesyl）概念，其中结合了符号表示的各个方面，并将常识带入神经网络（Nesyl）。在可解释性，推理和解释性至关重要的领域中，例如视频和图像字幕，提问和推理，健康信息学和基因组学，Nesyl表现出了有希望的结果。这篇综述介绍了一项有关最先进的Nesyl方法的全面调查，其原理，机器和深度学习算法的进步，诸如Opthalmology之类的应用以及最重要的是该新兴领域的未来观点。

空间推理给智能代理带来了一个特殊的挑战，同时是他们在物理世界中成功互动和交流的先决条件。这样的推理任务是描述目标对象在通过相对方向的某些参考对象的固有方向方面的位置。在本文中，我们介绍了基于抽象对象的新型诊断视觉询问（VQA）数据集。我们的数据集允许对端到端VQA模型对地面相对方向的功能进行细粒度分析。同时，与现有数据集相比，模型培训需要少得多的计算资源，但产生可比甚至更高的性能。除了新数据集外，我们还基于在Grid-A-3D训练的两个端到端的VQA架构进行彻底评估。我们证明，在几个时期内，以相对方向进行推理所需的子任务，例如在场景中识别和定位对象并估算其内在方向，以直观的方式处理相对方向。

内容的离散和连续表示（例如，语言或图像）具有有趣的属性，以便通过机器的理解或推理此内容来探索或推理。该职位论文提出了我们关于离散和持续陈述的作用及其在深度学习领域的作用的意见。目前的神经网络模型计算连续值数据。信息被压缩成密集，分布式嵌入式。通过Stark对比，人类在他们的语言中使用离散符号。此类符号代表了来自共享上下文信息的含义的世界的压缩版本。此外，人工推理涉及在认知水平处符号操纵，这促进了抽象的推理，知识和理解的构成，泛化和高效学习。通过这些见解的动机，在本文中，我们认为，结合离散和持续的陈述及其处理对于构建展示一般情报形式的系统至关重要。我们建议并讨论了几个途径，可以在包含离散元件来结合两种类型的陈述的优点来改进当前神经网络。

即将开发我们呼叫所体现的系统的新一代越来越自主和自学习系统。在将这些系统部署到真实上下文中，我们面临各种工程挑战，因为它以有益的方式协调所体现的系统的行为至关重要，确保他们与我们以人为本的社会价值观的兼容性，并且设计可验证安全可靠的人类-Machine互动。我们正在争辩说，引发系统工程将来自嵌入到体现系统的温室，并确保动态联合的可信度，这种情况意识到的情境意识，意图，探索，探险，不断发展，主要是不可预测的，越来越自主的体现系统在不确定，复杂和不可预测的现实世界环境中。我们还识别了许多迫切性的系统挑战，包括可信赖的体现系统，包括强大而人为的AI，认知架构，不确定性量化，值得信赖的自融化以及持续的分析和保证。

Recent progress in artificial intelligence (AI) has renewed interest in building systems that learn and think like people. Many advances have come from using deep neural networks trained end-to-end in tasks such as object recognition, video games, and board games, achieving performance that equals or even beats humans in some respects. Despite their biological inspiration and performance achievements, these systems differ from human intelligence in crucial ways. We review progress in cognitive science suggesting that truly human-like learning and thinking machines will have to reach beyond current engineering trends in both what they learn, and how they learn it. Specifically, we argue that these machines should (a) build causal models of the world that support explanation and understanding, rather than merely solving pattern recognition problems; (b) ground learning in intuitive theories of physics and psychology, to support and enrich the knowledge that is learned; and (c) harness compositionality and learning-to-learn to rapidly acquire and generalize knowledge to new tasks and situations. We suggest concrete challenges and promising routes towards these goals that can combine the strengths of recent neural network advances with more structured cognitive models.

虽然深增强学习已成为连续决策问题的有希望的机器学习方法，但对于自动驾驶或医疗应用等高利害域来说仍然不够成熟。在这种情况下，学习的政策需要例如可解释，因此可以在任何部署之前检查它（例如，出于安全性和验证原因）。本调查概述了各种方法，以实现加固学习（RL）的更高可解释性。为此，我们将解释性（作为模型的财产区分开来和解释性（作为HOC操作后的讲话，通过代理的干预），并在RL的背景下讨论它们，并强调前概念。特别是，我们认为可译文的RL可能会拥抱不同的刻面：可解释的投入，可解释（转型/奖励）模型和可解释的决策。根据该计划，我们总结和分析了与可解释的RL相关的最近工作，重点是过去10年来发表的论文。我们还简要讨论了一些相关的研究领域并指向一些潜在的有前途的研究方向。

Artificial Intelligence (AI) and its applications have sparked extraordinary interest in recent years. This achievement can be ascribed in part to advances in AI subfields including Machine Learning (ML), Computer Vision (CV), and Natural Language Processing (NLP). Deep learning, a sub-field of machine learning that employs artificial neural network concepts, has enabled the most rapid growth in these domains. The integration of vision and language has sparked a lot of attention as a result of this. The tasks have been created in such a way that they properly exemplify the concepts of deep learning. In this review paper, we provide a thorough and an extensive review of the state of the arts approaches, key models design principles and discuss existing datasets, methods, their problem formulation and evaluation measures for VQA and Visual reasoning tasks to understand vision and language representation learning. We also present some potential future paths in this field of research, with the hope that our study may generate new ideas and novel approaches to handle existing difficulties and develop new applications.

深度学习技术导致了通用对象检测领域的显着突破，近年来产生了很多场景理解的任务。由于其强大的语义表示和应用于场景理解，场景图一直是研究的焦点。场景图生成（SGG）是指自动将图像映射到语义结构场景图中的任务，这需要正确标记检测到的对象及其关系。虽然这是一项具有挑战性的任务，但社区已经提出了许多SGG方法并取得了良好的效果。在本文中，我们对深度学习技术带来了近期成就的全面调查。我们审查了138个代表作品，涵盖了不同的输入方式，并系统地将现有的基于图像的SGG方法从特征提取和融合的角度进行了综述。我们试图通过全面的方式对现有的视觉关系检测方法进行连接和系统化现有的视觉关系检测方法，概述和解释SGG的机制和策略。最后，我们通过深入讨论当前存在的问题和未来的研究方向来完成这项调查。本调查将帮助读者更好地了解当前的研究状况和想法。

语言基础的挑战是通过在现实世界中的引用中充分理解自然语言。尽管可以使用AI技术，但此类技术对人类机器人团队的广泛采用和有效性依赖于用户信任。这项调查提供了有关语言基础的新兴信任领域的三项贡献，包括a）根据AI技术，数据集和用户界面的语言基础研究概述；b）与语言基础有关的六个假设信任因素，这些因素在人机清洁团队经验中进行了经验测试；c）对语言基础的信任的未来研究指示。

场景图是一个场景的结构化表示，可以清楚地表达场景中对象之间的对象，属性和关系。随着计算机视觉技术继续发展，只需检测和识别图像中的对象，人们不再满足。相反，人们期待着对视觉场景更高的理解和推理。例如，给定图像，我们希望不仅检测和识别图像中的对象，还要知道对象之间的关系（视觉关系检测），并基于图像内容生成文本描述（图像标题）。或者，我们可能希望机器告诉我们图像中的小女孩正在做什么（视觉问题应答（VQA）），甚至从图像中移除狗并找到类似的图像（图像编辑和检索）等。这些任务需要更高水平的图像视觉任务的理解和推理。场景图只是场景理解的强大工具。因此，场景图引起了大量研究人员的注意力，相关的研究往往是跨模型，复杂，快速发展的。然而，目前没有对场景图的相对系统的调查。为此，本调查对现行场景图研究进行了全面调查。更具体地说，我们首先总结了场景图的一般定义，随后对场景图（SGG）和SGG的发电方法进行了全面和系统的讨论，借助于先验知识。然后，我们调查了场景图的主要应用，并汇总了最常用的数据集。最后，我们对场景图的未来发展提供了一些见解。我们相信这将是未来研究场景图的一个非常有帮助的基础。

最近围绕语言处理模型的复杂性的最新炒作使人们对机器获得了类似人类自然语言的指挥的乐观情绪。人工智能中自然语言理解的领域声称在这一领域取得了长足的进步，但是，在这方面和其他学科中使用“理解”的概念性清晰，使我们很难辨别我们实际上有多近的距离。目前的方法和剩余挑战的全面，跨学科的概述尚待进行。除了语言知识之外，这还需要考虑我们特定于物种的能力，以对，记忆，标签和传达我们（足够相似的）体现和位置经验。此外，测量实际约束需要严格分析当前模型的技术能力，以及对理论可能性和局限性的更深入的哲学反思。在本文中，我将所有这些观点（哲学，认知语言和技术）团结在一起，以揭开达到真实（人类般的）语言理解所涉及的挑战。通过解开当前方法固有的理论假设，我希望说明我们距离实现这一目标的实际程度，如果确实是目标。

尽管在现代的机器学习算法的最新进展，其内在机制的不透明仍是采用的障碍。在人工智能系统灌输信心和信任，解释的人工智能已成为提高现代机器学习算法explainability的响应。归纳逻辑程序（ILP），符号人工智能的子场中，起着产生，因为它的直观的逻辑驱动框架的可解释的解释有希望的作用。 ILP有效利用绎推理产生从实例和背景知识解释的一阶分句理论。然而，在发展中通过ILP需要启发方法的几个挑战，在实践中他们的成功应用来解决。例如，现有的ILP系统通常拥有广阔的解空间，以及感应解决方案是对噪声和干扰非常敏感。本次调查总结在ILP的最新进展和统计关系学习和神经象征算法的讨论，其中提供给ILP协同意见。继最新进展的严格审查，我们划定观察的挑战，突出对发展不言自明的人工智能系统进一步ILP动机研究的潜在途径。

这项调查回顾了对基于视觉的自动驾驶系统进行行为克隆训练的解释性方法。解释性的概念具有多个方面，并且需要解释性的驾驶强度是一种安全至关重要的应用。从几个研究领域收集贡献，即计算机视觉，深度学习，自动驾驶，可解释的AI（X-AI），这项调查可以解决几点。首先，它讨论了从自动驾驶系统中获得更多可解释性和解释性的定义，上下文和动机，以及该应用程序特定的挑战。其次，以事后方式为黑盒自动驾驶系统提供解释的方法是全面组织和详细的。第三，详细介绍和讨论了旨在通过设计构建更容易解释的自动驾驶系统的方法。最后，确定并检查了剩余的开放挑战和潜在的未来研究方向。

在AI研究中，到目前为止，尽管这一方面在智能系统的功能中突出特征，但对功能和负担的表征和代表的表征和代表的关注一直是零星和稀疏的。迄今为止，零星和稀疏的稀疏努力是对功能和负担的表征和理解，也没有一般框架可以统一与功能概念的表示和应用有关的所有不同使用域和情况。本文开发了这样的一般框架，一种方法强调了一个事实，即所涉及的表示必须是明确的认知和概念性的，它们还必须包含有关涉及的事件和过程的因果特征，并采用了概念上的结构，这些概念结构是扎根的为了达到最大的通用性，他们所指的指南。描述了基本的一般框架，以及一组有关功能表示的基本指南原则。为了正确，充分地表征和表示功能，需要一种描述性表示语言。该语言是定义和开发的，并描述了其使用的许多示例。一般框架是基于一般语言含义表示代表框架的概念依赖性的扩展而开发的。为了支持功能的一般表征和表示，基本的概念依赖框架通过称为结构锚和概念依赖性阐述的代表性设备以及一组地面概念的定义来增强。这些新颖的代表性构建体得到了定义，开发和描述。处理功能的一般框架将代表实现人工智能的重大步骤。

一个令人着迷的假设是，人类和动物的智力可以通过一些原则（而不是启发式方法的百科全书清单）来解释。如果这个假设是正确的，我们可以更容易地理解自己的智能并建造智能机器。就像物理学一样，原理本身不足以预测大脑等复杂系统的行为，并且可能需要大量计算来模拟人类式的智力。这一假设将表明，研究人类和动物所剥削的归纳偏见可以帮助阐明这些原则，并为AI研究和神经科学理论提供灵感。深度学习已经利用了几种关键的归纳偏见，这项工作考虑了更大的清单，重点是关注高级和顺序有意识的处理的工作。阐明这些特定原则的目的是，它们有可能帮助我们建立从人类的能力中受益于灵活分布和系统概括的能力的AI系统，目前，这是一个领域艺术机器学习和人类智力。

归纳逻辑编程（ILP）是一种机器学习的形式。ILP的目标是诱导推广培训示例的假设（一组逻辑规则）。随着ILP转30，我们提供了对该领域的新介绍。我们介绍了必要的逻辑符号和主要学习环境;描述ILP系统的构建块;比较几个维度的几个系统;描述四个系统（Aleph，Tilde，Aspal和Metagol）;突出关键应用领域;最后，总结了未来研究的当前限制和方向。

We present a retrospective on the state of Embodied AI research. Our analysis focuses on 13 challenges presented at the Embodied AI Workshop at CVPR. These challenges are grouped into three themes: (1) visual navigation, (2) rearrangement, and (3) embodied vision-and-language. We discuss the dominant datasets within each theme, evaluation metrics for the challenges, and the performance of state-of-the-art models. We highlight commonalities between top approaches to the challenges and identify potential future directions for Embodied AI research.