在运行时检测新颖类的问题称为开放式检测，对于各种现实世界应用，例如医疗应用，自动驾驶等。在深度学习的背景下进行开放式检测涉及解决两个问题：（i）：（i）必须将输入图像映射到潜在表示中，该图像包含足够的信息来检测异常值，并且（ii）必须学习一个可以从潜在表示中提取此信息以识别异常情况的异常评分函数。深度异常检测方法的研究缓慢进展。原因之一可能是大多数论文同时引入了新的表示学习技术和新的异常评分方法。这项工作的目的是通过提供分别衡量表示学习和异常评分的有效性的方法来改善这种方法。这项工作做出了两项方法论贡献。首先是引入甲骨文异常检测的概念，以量化学习潜在表示中可用的信息。第二个是引入Oracle表示学习，该学习产生的表示形式可以保证足以准确的异常检测。这两种技术可帮助研究人员将学习表示的质量与异常评分机制的性能分开，以便他们可以调试和改善系统。这些方法还为通过更好的异常评分机制改善了多少开放类别检测提供了上限。两个牙齿的组合给出了任何开放类别检测方法可以实现的性能的上限。这项工作介绍了这两种Oracle技术，并通过将它们应用于几种领先的开放类别检测方法来演示其实用性。
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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。
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分布（OOD）检测对于确保机器学习系统的可靠性和安全性至关重要。例如，在自动驾驶中，我们希望驾驶系统在发现在训练时间中从未见过的异常场景或对象时，发出警报并将控件移交给人类，并且无法做出安全的决定。该术语《 OOD检测》于2017年首次出现，此后引起了研究界的越来越多的关注，从而导致了大量开发的方法，从基于分类到基于密度到基于距离的方法。同时，其他几个问题，包括异常检测（AD），新颖性检测（ND），开放式识别（OSR）和离群检测（OD）（OD），在动机和方法方面与OOD检测密切相关。尽管有共同的目标，但这些主题是孤立发展的，它们在定义和问题设定方面的细微差异通常会使读者和从业者感到困惑。在这项调查中，我们首先提出一个称为广义OOD检测的统一框架，该框架涵盖了上述五个问题，即AD，ND，OSR，OOD检测和OD。在我们的框架下，这五个问题可以看作是特殊情况或子任务，并且更容易区分。然后，我们通过总结了他们最近的技术发展来审查这五个领域中的每一个，特别关注OOD检测方法。我们以公开挑战和潜在的研究方向结束了这项调查。
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在异常检测（AD）中，给出了识别测试样本是否异常，给出了正常样本的数据集。近期和有希望的广告方法依赖于深度生成模型，例如变形自动化器（VAES），用于对正常数据分布的无监督学习。在半监督广告（SSAD）中，数据还包括标记异常的小样本。在这项工作中，我们提出了两个用于SSAD培训VAES的两个变分方法。两种方法中的直观思路是将编码器训练到潜在向量之间的“分开”以进行正常和异常数据。我们表明，这个想法可以源于问题的原则概率制剂，并提出了简单有效的算法。我们的方法可以应用于各种数据类型，因为我们在从自然图像到天文学和医学的SSAD数据集上展示，可以与任何VAE模型架构相结合，并且自然与合奏相兼容。与未特定于特定数据类型的最先进的SSAD方法比较时，我们获得了异常值检测的显着改进。
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We consider the problem of anomaly detection in images, and present a new detection technique. Given a sample of images, all known to belong to a "normal" class (e.g., dogs), we show how to train a deep neural model that can detect out-of-distribution images (i.e., non-dog objects). The main idea behind our scheme is to train a multi-class model to discriminate between dozens of geometric transformations applied on all the given images. The auxiliary expertise learned by the model generates feature detectors that effectively identify, at test time, anomalous images based on the softmax activation statistics of the model when applied on transformed images. We present extensive experiments using the proposed detector, which indicate that our technique consistently improves all known algorithms by a wide margin.1 Unless otherwise mentioned, the use of the adjective "normal" is unrelated to the Gaussian distribution.32nd Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS 2018),
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我们表明，在AutoEncoders（AE）的潜在空间中使用最近的邻居显着提高了单一和多级上下文中半监督新颖性检测的性能。通过学习来检测新奇的方法，以区分非新颖培训类和所有其他看不见的课程。我们的方法利用了最近邻居的重建和给定输入的潜在表示的潜在邻居的结合。我们证明了我们最近的潜在邻居（NLN）算法是内存和时间效率，不需要大量的数据增强，也不依赖于预先训练的网络。此外，我们表明NLN算法很容易应用于多个数据集而无需修改。此外，所提出的算法对于AutoEncoder架构和重建错误方法是不可知的。我们通过使用重建，剩余或具有一致损耗，验证了多个不同的自动码架构，如诸如香草，对抗和变形自身额度的各种标准数据集的方法。结果表明，NLN算法在多级案例的接收器操作特性（AUROC）曲线性能下授予面积增加17％，为单级新颖性检测8％。
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开放式识别使深度神经网络（DNN）能够识别未知类别的样本，同时在已知类别的样本上保持高分类精度。基于自动编码器（AE）和原型学习的现有方法在处理这项具有挑战性的任务方面具有巨大的潜力。在这项研究中，我们提出了一种新的方法，称为类别特定的语义重建（CSSR），该方法整合了AE和原型学习的力量。具体而言，CSSR用特定于类的AE表示的歧管替代了原型点。与传统的基于原型的方法不同，CSSR在单个AE歧管上的每个已知类模型，并通过AE的重建误差来测量类归属感。特定于类的AE被插入DNN主链的顶部，并重建DNN而不是原始图像所学的语义表示。通过端到端的学习，DNN和AES互相促进，以学习歧视性和代表性信息。在多个数据集上进行的实验结果表明，所提出的方法在封闭式和开放式识别中都达到了出色的性能，并且非常简单且灵活地将其纳入现有框架中。
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在许多对象识别应用程序中，可能的类别集是一个开放集，而部署的识别系统将在训练过程中遇到属于观点的类别的新颖对象。检测此类``新型类别''对象通常被表达为一个异常检测问题。特征矢量数据的异常检测算法将异常识别为异常值，但是离群值检测在深度学习中效果不佳。取而代之的是，基于视觉对象分类器的计算徽标的方法可提供最新的性能。本文提出了这样的熟悉假说，即这些方法成功了，因为它们正在检测到缺乏熟悉的学术特征而不是新颖性的存在。这种区别很重要，因为在存在新颖性的许多情况下，基于熟悉的检测会失败。例如，当图像既包含一个新颖的对象又包含一个熟悉的对象时，熟悉度得分将很高，因此不会注意到新颖的对象。本文回顾了文献中的证据，并提供了我们自己实验的其他证据，这些证据为这一假设提供了强有力的支持。本文最后讨论了基于熟悉的检测是否是表示学习的必然结果。
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半监督异常检测旨在使用在正常数据上培训的模型来检测来自正常样本的异常。随着近期深度学习的进步，研究人员设计了高效的深度异常检测方法。现有作品通常使用神经网络将数据映射到更具内容性的表示中，然后应用异常检测算法。在本文中，我们提出了一种方法，DASVDD，它共同学习AutoEncoder的参数，同时最小化其潜在表示上的封闭超球的音量。我们提出了一个异常的分数，它是自动化器的重建误差和距离潜在表示中封闭边距中心的距离的组合。尽量减少这种异常的分数辅助我们在培训期间学习正常课程的潜在分布。包括异常分数中的重建错误确保DESVDD不受常见的极度崩溃问题，因为DESVDD模型不会收敛到映射到潜在表示中的恒定点的常量点。几个基准数据集上的实验评估表明，该方法优于常用的最先进的异常检测算法，同时在不同的异常类中保持鲁棒性能。
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我们介绍了几个新的数据集即想象的A / O和Imagenet-R以及合成环境和测试套件，我们称为CAOS。 Imagenet-A / O允许研究人员专注于想象成剩余的盲点。由于追踪稳健的表示，以特殊创建了ImageNet-R，因为表示不再简单地自然，而是包括艺术和其他演绎。 Caos Suite由Carla Simulator构建，允许包含异常物体，可以创建可重复的合成环境和用于测试稳健性的场景。所有数据集都是为测试鲁棒性和衡量鲁棒性的衡量进展而创建的。数据集已用于各种其他作品中，以衡量其具有鲁棒性的自身进步，并允许切向进展，这些进展不会完全关注自然准确性。鉴于这些数据集，我们创建了几种旨在推进鲁棒性研究的新方法。我们以最大Logit的形式和典型程度的形式构建简单的基线，并以深度的形式创建新的数据增强方法，从而提高上述基准。最大Logit考虑Logit值而不是SoftMax操作后的值，而微小的变化会产生明显的改进。典型程分将输出分布与类的后部分布进行比较。我们表明，除了分段任务之外，这将提高对基线的性能。猜测可能在像素级别，像素的语义信息比类级信息的语义信息不太有意义。最后，新的Deepaulment的新增强技术利用神经网络在彻底不同于先前使用的传统几何和相机的转换的图像上创建增强。
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我们研究了如何在只有几个类别（几次拍摄设置）给出的一些样本时识别来自Unseen类别（开放式分类）的样本的问题。学习良好抽象的挑战是一个非常少数样本的课程使得从看不见的类别中检测样本非常困难;因此，开放式识别在少量拍摄设置中受到最小的关注。大多数开放式少量拍摄分类方法正规化SoftMax得分以表明开放类样本的均匀概率，但我们认为这种方法通常是不准确的，特别是在细粒度。相反，我们提出了一种新颖的示例性重建的元学习策略，用于共同检测开放类样本，以及通过基于度量的分类对来自观众的样本进行分类。充当类的代表的示例可以在训练数据集中提供或在特征域中估计。我们的框架，名为重建示例的基于少量拍摄的少量开放式分类器（Refofs），在各种数据集上测试，实验结果明确突出了我们作为新技术的方法。
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我们如何检测异常：也就是说，与给定的一组高维数据（例如图像或传感器数据）显着不同的样品？这是众多应用程序的实际问题，也与使学习算法对意外输入更强大的目标有关。自动编码器是一种流行的方法，部分原因是它们的简单性和降低维度的能力。但是，异常评分函数并不适应正常样品范围内重建误差的自然变化，这阻碍了它们检测实际异常的能力。在本文中，我们从经验上证明了局部适应性对具有真实数据的实验中异常评分的重要性。然后，我们提出了新颖的自适应重建基于错误的评分方法，该方法根据潜在空间的重建误差的局部行为来适应其评分。我们表明，这改善了各种基准数据集中相关基线的异常检测性能。
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在过去的几年中，关于分类，检测和分割问题的3D学习领域取得了重大进展。现有的绝大多数研究都集中在规范的封闭式条件上，忽略了现实世界的内在开放性。这限制了需要管理新颖和未知信号的自主系统的能力。在这种情况下，利用3D数据可以是有价值的资产，因为它传达了有关感应物体和场景几何形状的丰富信息。本文提供了关于开放式3D学习的首次广泛研究。我们介绍了一种新颖的测试床，其设置在类别语义转移方面的难度增加，并且涵盖了内域（合成之间）和跨域（合成对真实）场景。此外，我们研究了相关的分布情况，并开放了2D文献，以了解其最新方法是否以及如何在3D数据上有效。我们广泛的基准测试在同一连贯的图片中定位了几种算法，从而揭示了它们的优势和局限性。我们的分析结果可能是未来量身定制的开放式3D模型的可靠立足点。
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异常检测是确定不符合正常数据分布的样品。由于异常数据的无法获得，培训监督的深神经网络是一项繁琐的任务。因此，无监督的方法是解决此任务的常见方法。深度自动编码器已被广泛用作许多无监督的异常检测方法的基础。但是，深层自动编码器的一个显着缺点是，它们通过概括重建异常值来提供不足的表示异常检测的表示。在这项工作中，我们设计了一个对抗性框架，该框架由两个竞争组件组成，一个对抗性变形者和一个自动编码器。对抗性变形器是一种卷积编码器，学会产生有效的扰动，而自动编码器是一个深层卷积神经网络，旨在重建来自扰动潜在特征空间的图像。这些网络经过相反的目标训练，在这种目标中，对抗性变形者会产生用于编码器潜在特征空间的扰动，以最大化重建误差，并且自动编码器试图中和这些扰动的效果以最大程度地减少它。当应用于异常检测时，该提出的方法会由于对特征空间的扰动应用而学习语义上的富裕表示。所提出的方法在图像和视频数据集上的异常检测中优于现有的最新方法。
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深度异常检测已被证明是几个领域的有效和强大的方法。自我监督学习的引入极大地帮助了许多方法，包括异常检测，其中使用简单的几何变换识别任务。然而，由于它们缺乏更精细的特征，因此这些方法在细粒度问题上表现不佳，并且通常高度依赖于异常类型。在本文中，我们探讨了使用借口任务的自我监督异常检测的每个步骤。首先，我们介绍了专注于不同视觉线索的新型鉴别和生成任务。一部分拼图拼图任务侧重于结构提示，而在每个件上使用色调旋转识别进行比色法，并且执行部分重新染色任务。为了使重新着色任务更关注对象而不是在后台上关注，我们建议包括图像边界的上下文颜色信息。然后，我们介绍了一个新的分配检测功能，并与其他分配检测方法相比，突出了其更好的稳定性。随之而来，我们还试验不同的分数融合功能。最后，我们在具有经典对象识别的对象异常组成的综合异常检测协议上评估我们的方法，用细粒度分类和面部反欺骗数据集的局部分类和局部异常的样式异常。我们的模型可以更准确地学习使用这些自我监督任务的高度辨别功能。它优于最先进的最先进的相对误差改善对象异常，40％的面对反欺骗问题。
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我们描述了作为黑暗机器倡议和LES Houches 2019年物理学研讨会进行的数据挑战的结果。挑战的目标是使用无监督机器学习算法检测LHC新物理学的信号。首先，我们提出了如何实现异常分数以在LHC搜索中定义独立于模型的信号区域。我们定义并描述了一个大型基准数据集，由> 10亿美元的Muton-Proton碰撞，其中包含> 10亿美元的模拟LHC事件组成。然后，我们在数据挑战的背景下审查了各种异常检测和密度估计算法，我们在一组现实分析环境中测量了它们的性能。我们绘制了一些有用的结论，可以帮助开发无监督的新物理搜索在LHC的第三次运行期间，并为我们的基准数据集提供用于HTTPS://www.phenomldata.org的未来研究。重现分析的代码在https://github.com/bostdiek/darkmachines-unsupervisedChallenge提供。
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检测与培训数据偏离的测试数据是安全和健壮的机器学习的核心问题。通过生成模型学到的可能性，例如，通过标准对数似然训练的归一流流量，作为异常得分的表现不佳。我们建议使用未标记的辅助数据集和概率异常得分进行异常检测。我们使用在辅助数据集上训练的自我监督功能提取器，并通过最大程度地提高分布数据的可能性并最大程度地减少辅助数据集上的可能性来训练提取功能的正常化流程。我们表明，这等同于学习分布和辅助特征密度之间的归一化正差。我们在基准数据集上进行实验，并显示出与可能性，似然比方法和最新异常检测方法相比的强大改进。
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It is important to detect anomalous inputs when deploying machine learning systems. The use of larger and more complex inputs in deep learning magnifies the difficulty of distinguishing between anomalous and in-distribution examples. At the same time, diverse image and text data are available in enormous quantities. We propose leveraging these data to improve deep anomaly detection by training anomaly detectors against an auxiliary dataset of outliers, an approach we call Outlier Exposure (OE). This enables anomaly detectors to generalize and detect unseen anomalies. In extensive experiments on natural language processing and small-and large-scale vision tasks, we find that Outlier Exposure significantly improves detection performance. We also observe that cutting-edge generative models trained on CIFAR-10 may assign higher likelihoods to SVHN images than to CIFAR-10 images; we use OE to mitigate this issue. We also analyze the flexibility and robustness of Outlier Exposure, and identify characteristics of the auxiliary dataset that improve performance.
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无监督的分销（U-OOD）检测最近引起了很多关注，因为它在关键任务系统中的重要性以及对其监督对方的更广泛的适用性。尽管注意力增加，U-OOD方法遭受了重要的缺点。通过对不同的基准和图像方式进行大规模评估，我们在这项工作中展示了最受欢迎的最先进的方法无法始终如一地始终基于Mahalanobis距离（Mahaad）的简单且相对未知的异常探测器。这些方法不一致的一个关键原因是缺乏U-OOD的正式描述。通过一个简单的思想实验，我们提出了基于培训数据集的不变性的U-OOD的表征。我们展示了这种表征如何在众所周置的Mahaad方法中体现在不知不觉中，从而解释了其质量。此外，我们的方法可用于解释U-OOD探测器的预测，并为评估未来U-OOD方法的良好实践提供见解。
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We study anomaly detection for the case when the normal class consists of more than one object category. This is an obvious generalization of the standard one-class anomaly detection problem. However, we show that jointly using multiple one-class anomaly detectors to solve this problem yields poorer results as compared to training a single one-class anomaly detector on all normal object categories together. We further develop a new anomaly detector called DeepMAD that learns compact distinguishing features by exploiting the multiple normal objects categories. This algorithm achieves higher AUC values for different datasets compared to two top performing one-class algorithms that either are trained on each normal object category or jointly trained on all normal object categories combined. In addition to theoretical results we present empirical results using the CIFAR-10, fMNIST, CIFAR-100, and a new dataset we developed called RECYCLE.
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