本文提出了一个新颖的分布（OOD）检测框架，名为MoodCat用于图像分类器。MoodCat掩盖了输入图像的随机部分，并使用生成模型将蒙版图像合成为在分类结果条件下的新图像中。然后，它计算原始图像与合成图像之间的语义差异。与现有的解决方案相比，MoodCat自然会使用拟议的面具和条件合成策略来学习分布数据的语义信息，这对于识别OOD至关重要。实验结果表明，MoodCat的表现优于最先进的OOD检测解决方案。

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。

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。

异常检测任务在AI安全中起着至关重要的作用。处理这项任务存在巨大的挑战。观察结果表明，深度神经网络分类器通常倾向于以高信心将分布（OOD）输入分为分配类别。现有的工作试图通过在培训期间向分类器暴露于分类器时明确对分类器施加不确定性来解决问题。在本文中，我们提出了一种替代概率范式，该范式实际上对OOD检测任务既有用，又可行。特别是，我们在培训过程中施加了近距离和离群数据之间的统计独立性，以确保inlier数据在培训期间向深度估计器显示有关OOD数据的信息很少。具体而言，我们通过Hilbert-Schmidt独立标准（HSIC）估算了Inlier和离群数据之间的统计依赖性，并在培训期间对此类度量进行了惩罚。我们还将方法与推理期间的新型统计测试相关联，加上我们的原则动机。经验结果表明，我们的方法对各种基准测试的OOD检测是有效且可靠的。与SOTA模型相比，我们的方法在FPR95，AUROC和AUPR指标方面取得了重大改进。代码可用：\ url {https://github.com/jylins/hone}。

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。

Deep neural networks have attained remarkable performance when applied to data that comes from the same distribution as that of the training set, but can significantly degrade otherwise. Therefore, detecting whether an example is out-of-distribution (OoD) is crucial to enable a system that can reject such samples or alert users. Recent works have made significant progress on OoD benchmarks consisting of small image datasets. However, many recent methods based on neural networks rely on training or tuning with both in-distribution and out-of-distribution data. The latter is generally hard to define a-priori, and its selection can easily bias the learning. We base our work on a popular method ODIN 1 [21], proposing two strategies for freeing it from the needs of tuning with OoD data, while improving its OoD detection performance. We specifically propose to decompose confidence scoring as well as a modified input pre-processing method. We show that both of these significantly help in detection performance. Our further analysis on a larger scale image dataset shows that the two types of distribution shifts, specifically semantic shift and non-semantic shift, present a significant difference in the difficulty of the problem, providing an analysis of when ODIN-like strategies do or do not work.

深度神经网络对各种任务取得了出色的性能，但它们具有重要问题：即使对于完全未知的样本，也有过度自信的预测。已经提出了许多研究来成功过滤出这些未知的样本，但它们仅考虑狭窄和特定的任务，称为错误分类检测，开放式识别或分布外检测。在这项工作中，我们认为这些任务应该被视为根本存在相同的问题，因为理想的模型应该具有所有这些任务的检测能力。因此，我们介绍了未知的检测任务，以先前的单独任务的整合，用于严格检查深度神经网络对广谱的广泛未知样品的检测能力。为此，构建了不同尺度上的统一基准数据集，并且存在现有流行方法的未知检测能力进行比较。我们发现深度集合始终如一地优于检测未知的其他方法;但是，所有方法只针对特定类型的未知方式成功。可重复的代码和基准数据集可在https://github.com/daintlab/unknown-detection-benchmarks上获得。

本文我们的目标是利用异质的温度缩放作为校准策略（OOD）检测。此处的异质性是指每个样品的最佳温度参数可能不同，而不是传统的方法对整个分布使用相同的值。为了实现这一目标，我们提出了一种称为锚定的新培训策略，可以估算每个样品的适当温度值，从而导致几个基准的最新OOD检测性能。使用NTK理论，我们表明该温度函数估计与分类器的认知不确定性紧密相关，这解释了其行为。与某些表现最佳的OOD检测方法相反，我们的方法不需要暴露于其他离群数据集，自定义校准目标或模型结合。通过具有不同OOD检测设置的经验研究 - 远处，OOD附近和语义相干OOD - 我们建立了一种高效的OOD检测方法。可以在此处访问代码和模型-https：//github.com/rushilanirudh/amp

检测到分布（OOD）样本对于在现实世界中的分类器的安全部署至关重要。但是，已知深层神经网络对异常数据过于自信。现有作品直接设计得分功能，通过挖掘分别分类器（ID）和OOD的不一致性。在本文中，我们基于以下假设，即对ID数据进行训练的自动编码器无法重建OOD和ID，我们进一步补充了这种不一致性。我们提出了一种新颖的方法，读取（重建误差聚合检测器），以统一分类器和自动编码器的不一致。具体而言，原始像素的重建误差转换为分类器的潜在空间。我们表明，转换后的重建误差桥接了语义差距，并从原始的传承了检测性能。此外，我们提出了一种调整策略，以根据OOD数据的细粒度表征来减轻自动编码器的过度自信问题。在两种情况下，我们分别提出了方法的两个变体，即仅基于预先训练的分类器和读取 - 读取器（欧几里得距离），即读取MD（Mahalanobis距离），该分类器重新训练分类器。我们的方法不需要访问测试时间数据以进行微调超参数。最后，我们通过与最先进的OOD检测算法进行了广泛的比较来证明所提出的方法的有效性。在CIFAR-10预先训练的WideresNet上，我们的方法将平均FPR@95TPR降低了9.8％，而不是先前的最新ART。

已知现代深度神经网络模型将错误地将分布式（OOD）测试数据分类为具有很高信心的分数（ID）培训课程之一。这可能会对关键安全应用产生灾难性的后果。一种流行的缓解策略是训练单独的分类器，该分类器可以在测试时间检测此类OOD样本。在大多数实际设置中，在火车时间尚不清楚OOD的示例，因此，一个关键问题是：如何使用合成OOD样品来增加ID数据以训练这样的OOD检测器？在本文中，我们为称为CNC的OOD数据增强提出了一种新颖的复合腐败技术。 CNC的主要优点之一是，除了培训集外，它不需要任何固定数据。此外，与当前的最新技术（SOTA）技术不同，CNC不需要在测试时间进行反向传播或结合，从而使我们的方法在推断时更快。我们与过去4年中主要会议的20种方法进行了广泛的比较，表明，在OOD检测准确性和推理时间方面，使用基于CNC的数据增强训练的模型都胜过SOTA。我们包括详细的事后分析，以研究我们方法成功的原因，并确定CNC样本的较高相对熵和多样性是可能的原因。我们还通过对二维数据集进行零件分解分析提供理论见解，以揭示（视觉和定量），我们的方法导致ID类别周围的边界更紧密，从而更好地检测了OOD样品。源代码链接：https：//github.com/cnc-ood

Determining whether inputs are out-of-distribution (OOD) is an essential building block for safely deploying machine learning models in the open world. However, previous methods relying on the softmax confidence score suffer from overconfident posterior distributions for OOD data. We propose a unified framework for OOD detection that uses an energy score. We show that energy scores better distinguish in-and out-of-distribution samples than the traditional approach using the softmax scores. Unlike softmax confidence scores, energy scores are theoretically aligned with the probability density of the inputs and are less susceptible to the overconfidence issue. Within this framework, energy can be flexibly used as a scoring function for any pre-trained neural classifier as well as a trainable cost function to shape the energy surface explicitly for OOD detection. On a CIFAR-10 pre-trained WideResNet, using the energy score reduces the average FPR (at TPR 95%) by 18.03% compared to the softmax confidence score. With energy-based training, our method outperforms the state-of-the-art on common benchmarks.

在值得信赖的机器学习中，这是一个重要的问题，可以识别与分配任务无关的输入的分布（OOD）输入。近年来，已经提出了许多分布式检测方法。本文的目的是识别共同的目标以及确定不同OOD检测方法的隐式评分函数。我们专注于在培训期间使用替代OOD数据的方法，以学习在测试时概括为新的未见外部分布的OOD检测分数。我们表明，内部和（不同）外部分布之间的二元歧视等同于OOD检测问题的几种不同的公式。当与标准分类器以共同的方式接受培训时，该二进制判别器达到了类似于离群暴露的OOD检测性能。此外，我们表明，异常暴露所使用的置信损失具有隐式评分函数，在训练和测试外部分配相同的情况下，以非平凡的方式与理论上最佳评分功能有所不同，这又是类似于训练基于能量的OOD检测器或添加背景类时使用的一种。在实践中，当以完全相同的方式培训时，所有这些方法的性能类似。

本文重点介绍了用神经网络检测分配（OOD）样本的问题。在图像识别任务，训练过的分类往往给人高置信度的远离中分布（ID）数据输入图像，这大大限制了它在现实世界中的应用。为了减轻这个问题，我们提出了一个基于GaN的边界意识分类器（GBAC），用于生成仅包含大多数ID数据的关闭超空间。我们的方法基于传统的神经网分离特征空间作为几个不适合于ood检测的未闭合区域。与GBAC作为辅助模块，封闭的超空间分布以外的OOD数据将具有低得多的分数被分配，允许更有效的检测OOD同时维持分级性能。此外，我们提出了一种快速采样方法，用于产生躺在预先提及的闭合空间的边界上的硬度陈述。在几个数据集和神经网络架构上采取的实验承诺GBAC的有效性。

已知神经网络在输入图像上产生过度自信的预测，即使这些图像不存在（OOD）样本。这限制了神经网络模型在存在OOD样本的实际场景中的应用。许多现有方法通过利用各种提示来确定OOD实例，例如在特征空间，逻辑空间，梯度空间或图像的原始空间中查找不规则模式。相反，本文提出了一种简单的测试时间线性训练（ETLT）用于OOD检测方法。从经验上讲，我们发现输入图像的概率不存在，与神经网络提取的功能令人惊讶地线性相关。具体来说，许多最先进的OOD算法虽然旨在以不同的方式衡量可靠性，但实际上导致OOD得分主要与其图像特征线性相关。因此，通过简单地学习从配对图像特征训练并在测试时间推断的OOD分数的线性回归模型，我们可以为测试实例做出更精确的OOD预测。我们进一步提出了该方法的在线变体，该变体可以实现有希望的性能，并且在现实世界中更为实用。值得注意的是，我们将FPR95从$ 51.37 \％$提高到CIFAR-10数据集的$ 12.30 \％$，最大的SoftMax概率是基本的OOD检测器。在几个基准数据集上进行的广泛实验显示了ETLT对OOD检测任务的功效。

Novelty detection, i.e., identifying whether a given sample is drawn from outside the training distribution, is essential for reliable machine learning. To this end, there have been many attempts at learning a representation well-suited for novelty detection and designing a score based on such representation. In this paper, we propose a simple, yet effective method named contrasting shifted instances (CSI), inspired by the recent success on contrastive learning of visual representations. Specifically, in addition to contrasting a given sample with other instances as in conventional contrastive learning methods, our training scheme contrasts the sample with distributionally-shifted augmentations of itself. Based on this, we propose a new detection score that is specific to the proposed training scheme. Our experiments demonstrate the superiority of our method under various novelty detection scenarios, including unlabeled one-class, unlabeled multi-class and labeled multi-class settings, with various image benchmark datasets. Code and pre-trained models are available at https://github.com/alinlab/CSI.

现代的深层生成模型可以为从训练分布外部提取的输入分配很高的可能性，从而对开放世界部署中的模型构成威胁。尽管已经对定义新的OOD不确定性测试时间度量的研究进行了很多关注，但这些方法并没有从根本上改变生成模型在训练中的正则和优化。特别是，生成模型被证明过于依赖背景信息来估计可能性。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的OOD检测频率调查学习FRL框架，该框架将高频信息纳入培训中，并指导模型专注于语义相关的功能。 FRL有效地提高了广泛的生成架构的性能，包括变异自动编码器，Glow和PixelCNN ++。在一项新的大规模评估任务中，FRL实现了最先进的表现，表现优于强大的基线可能性遗憾，同时达到了147 $ \ times $ $ $ $ $ \ times $ a的推理速度。广泛的消融表明，FRL在保留图像生成质量的同时改善了OOD检测性能。代码可在https://github.com/mu-cai/frl上找到。

现有的分布（OOD）检测方法通常在具有平衡的类别分布的培训集中进行基准测试。但是，在实际应用程序中，培训集具有长尾分配是很常见的。在这项工作中，我们首先证明现有的OOD检测方法通常会在训练集分布式分布时遭受重大性能降解。通过分析，我们认为这是因为模型难以区分少数尾巴级分配样本与真实的OOD样本，从而使尾巴类更容易被错误地检测为OOD。为了解决这个问题，我们提出了部分和不对称的监督对比学习（PASCL），该学习明确鼓励该模型区分尾级分配样本和OOD样品。为了进一步提高分布分类的准确性，我们提出了辅助分支列式，该辅助分支列出了BN的两个单独分支和分类层分别用于异常检测和分布分类。直觉是，分布和OOD异常数据具有不同的基础分布。我们的方法的表现优于先前的最新方法$ 1.29 \％$，$ 1.45 \％$，$ 0.69 \％$ $ $ $ $ $ $异常检测误报（FPR）和$ 3.24 \％\％$，$ 4.06 \％$，$ 7.89 \％$ $ CIFAR10-LT，CIFAR100-LT和IMAGENET-LT的分布分类精度。代码和预培训模型可在https://github.com/amazon-research/long-tailed-ood-detection上找到。

检测分配（OOD）输入对于安全部署现实世界的深度学习模型至关重要。在评估良性分布和OOD样品时，检测OOD示例的现有方法很好。然而，在本文中，我们表明，当在分发的分布和OOD输入时，现有的检测机制可以极其脆弱，其具有最小的对抗扰动，这不会改变其语义。正式地，我们广泛地研究了对共同的检测方法的强大分布检测问题，并表明最先进的OOD探测器可以通过对分布和ood投入增加小扰动来容易地欺骗。为了抵消这些威胁，我们提出了一种称为芦荟的有效算法，它通过将模型暴露于对抗性inlier和异常值示例来执行鲁棒训练。我们的方法可以灵活地结合使用，并使现有方法稳健。在共同的基准数据集上，我们表明芦荟大大提高了最新的ood检测的稳健性，对CiFar-10和46.59％的CiFar-100改善了58.4％的Auroc改善。

分布（OOD）检测是安全部署模型在开放世界中的关键。对于OOD检测，收集足够的标记数据（ID）通常比未标记的数据更耗时且昂贵。当ID标记的数据受到限制时，由于其对ID标记的数据的量的高度依赖性，因此先前的OOD检测方法不再优越。基于有限的ID标记数据和足够的未标记数据，我们定义了一种称为弱监督的新设置（WSOOD）。为了解决新问题，我们提出了一种称为拓扑结构学习（TSL）的有效方法。首先，TSL使用一种对比度学习方法来构建ID和OOD数据的初始拓扑结构空间。其次，在初始拓扑空间中，TSL矿山有效的拓扑连接。最后，基于有限的ID标记数据和开采拓扑连接，TSL在新的拓扑空间中重建拓扑结构，以提高ID和OOD实例的可分离性。对几个代表性数据集的广泛研究表明，TSL明显胜过最先进的研究，从而在新的WSood环境中验证了我们方法的有效性和鲁棒性。

通过增强模型，输入示例，培训集和优化目标，已经提出了各种方法进行分发（OOD）检测。偏离现有工作，我们有一个简单的假设，即标准的离心模型可能已经包含有关训练集分布的足够信息，这可以利用可靠的ood检测。我们对验证这一假设的实证研究，该假设测量了模型激活的模型和分布（ID）迷你批次，发现OOD Mini-Batches的激活手段一直偏离培训数据的培训数据。此外，培训数据的激活装置可以从批量归一化层作为“自由午餐”中有效地计算或从批量归一化层次上检索。基于该观察，我们提出了一种名为神经平均差异（NMD）的新型度量，其比较了输入示例和训练数据的神经手段。利用NMD的简单性，我们提出了一种有效的OOD探测器，通过标准转发通道来计算神经手段，然后是轻量级分类器。广泛的实验表明，在检测精度和计算成本方面，NMD跨越多个数据集和模型架构的最先进的操作。