大多数基于机器学习的回归器从过去的观察结果有限的观察结果中提取信息，以便将来做出预测。因此，当对这些训练的模型的输入是具有与用于培训的数据明显不同的数据时，无法保证准确的预测。因此，使用这些模型在分布外输入数据上可能会导致与所需的结果完全不同的预测结果，这不仅是错误的，而且在某些情况下也可能是危险的。这些机器学习模型在任何系统中的成功部署都需要一个检测系统，该系统应该能够区分分布和分配数据（即与培训数据相似）。在本文中，我们使用降低的鲁棒随机切割森林（RRRCF）数据结构引入了一种新的检测过程方法，该方法可用于小型和大数据集。与强大的随机切割森林（RRCF）相似，RRRCF是一个结构化的，但训练数据子空间的表示形式减少了。该方法对低维数据和高维数据的经验结果表明，有关数据的推断可以有效地进行/退出训练分布，并且该模型很容易训练，而无需不困难的高参数调整。本文讨论了两个不同的用例，用于测试和验证结果。

机器学习模型在许多现实世界中都有普遍的应用，这增加了这些训练有素模型的行为中正确性的重要性。找到一个良好的测试用例，可以揭示这些训练有素的系统中的潜在失败可以帮助重新训练这些模型以提高其正确性。对于训练有素的模型，失败的发生很少。因此，由于较大的搜索空间，有限的计算资源和可用时间，通过评估输入搜索空间或随机搜索中的每个样本来搜索这些罕见情况将是昂贵的，有时是棘手的。在本文中，我们试图解决与传统随机搜索更快地发现这些故障方案的挑战。我们方法的核心思想是根据培训数据的观察，实际统计数据绘制的数据以及来自域专家的知识，将输入数据空间分离出高失败概率和低/最小故障概率区域的输入数据空间。 。使用这些信息，我们可以设计一个生成模型，从中我们可以生成具有很可能揭示潜在故障的场景。我们在两种不同的实验场景上评估了这种方法，并能够比传统的随机搜索快速发现此类故障一千倍。

背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。

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。

近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。

尽管深度强化学习（RL）最近取得了许多成功，但其方法仍然效率低下，这使得在数据方面解决了昂贵的许多问题。我们的目标是通过利用未标记的数据中的丰富监督信号来进行学习状态表示，以解决这一问题。本文介绍了三种不同的表示算法，可以访问传统RL算法使用的数据源的不同子集使用：（i）GRICA受到独立组件分析（ICA）的启发，并训练深层神经网络以输出统计独立的独立特征。输入。 Grica通过最大程度地减少每个功能与其他功能之间的相互信息来做到这一点。此外，格里卡仅需要未分类的环境状态。 （ii）潜在表示预测（LARP）还需要更多的上下文：除了要求状态作为输入外，它还需要先前的状态和连接它们的动作。该方法通过预测当前状态和行动的环境的下一个状态来学习状态表示。预测器与图形搜索算法一起使用。 （iii）重新培训通过训练深层神经网络来学习国家表示，以学习奖励功能的平滑版本。该表示形式用于预处理输入到深度RL，而奖励预测指标用于奖励成型。此方法仅需要环境中的状态奖励对学习表示表示。我们发现，每种方法都有其优势和缺点，并从我们的实验中得出结论，包括无监督的代表性学习在RL解决问题的管道中可以加快学习的速度。

Most existing model-based approaches to anomaly detection construct a profile of normal instances, then identify instances that do not conform to the normal profile as anomalies. This paper proposes a fundamentally different model-based method that explicitly isolates anomalies instead of profiles normal points. To our best knowledge, the concept of isolation has not been explored in current literature. The use of isolation enables the proposed method, iForest, to exploit sub-sampling to an extent that is not feasible in existing methods, creating an algorithm which has a linear time complexity with a low constant and a low memory requirement. Our empirical evaluation shows that iForest performs favourably to ORCA, a near-linear time complexity distance-based method, LOF and Random Forests in terms of AUC and processing time, and especially in large data sets. iForest also works well in high dimensional problems which have a large number of irrelevant attributes, and in situations where training set does not contain any anomalies.

流媒体数据中对异常的实时检测正在受到越来越多的关注，因为它使我们能够提高警报，预测故障并检测到整个行业的入侵或威胁。然而，很少有人注意比较流媒体数据（即在线算法）的异常检测器的有效性和效率。在本文中，我们介绍了来自不同算法家族（即基于距离，密度，树木或投影）的主要在线检测器的定性合成概述，并突出了其构建，更新和测试检测模型的主要思想。然后，我们对在线检测算法的定量实验评估以及其离线对应物进行了彻底的分析。检测器的行为与不同数据集（即元功能）的特征相关，从而提供了对其性能的元级分析。我们的研究介绍了文献中几个缺失的见解，例如（a）检测器对随机分类器的可靠性以及什么数据集特性使它们随机执行； （b）在线探测器在何种程度上近似离线同行的性能； （c）哪种绘制检测器的策略和更新原始图最适合检测仅在数据集的功能子空间中可见的异常； （d）属于不同算法家族的探测器的有效性与效率之间的权衡是什么； （e）数据集的哪些特定特征产生在线算法以胜过所有其他特征。

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。

异常值是一个事件或观察，其被定义为不同于距群体的不规则距离的异常活动，入侵或可疑数据点。然而，异常事件的定义是主观的，取决于应用程序和域（能量，健康，无线网络等）。重要的是要尽可能仔细地检测异常事件，以避免基础设施故障，因为异常事件可能导致对基础设施的严重损坏。例如，诸如微电网的网络物理系统的攻击可以发起电压或频率不稳定性，从而损坏涉及非常昂贵的修复的智能逆变器。微电网中的不寻常活动可以是机械故障，行为在系统中发生变化，人体或仪器错误或恶意攻击。因此，由于其可变性，异常值检测（OD）是一个不断增长的研究领域。在本章中，我们讨论了使用AI技术的OD方法的进展。为此，通过多个类别引入每个OD模型的基本概念。广泛的OD方法分为六大类：基于统计，基于距离，基于密度的，基于群集的，基于学习的和合奏方法。对于每个类别，我们讨论最近最先进的方法，他们的应用领域和表演。之后，关于对未来研究方向的建议提供了关于各种技术的优缺点和挑战的简要讨论。该调查旨在指导读者更好地了解OD方法的最新进展，以便保证AI。

关键应用程序中机器学习（ML）组件的集成引入了软件认证和验证的新挑战。正在开发新的安全标准和技术准则，以支持基于ML的系统的安全性，例如ISO 21448 SOTIF用于汽车域名，并保证机器学习用于自主系统（AMLAS）框架。 SOTIF和AMLA提供了高级指导，但对于每个特定情况，必须将细节凿出来。我们启动了一个研究项目，目的是证明开放汽车系统中ML组件的完整安全案例。本文报告说，Smikk的安全保证合作是由行业级别的行业合作的，这是一个基于ML的行人自动紧急制动示威者，在行业级模拟器中运行。我们演示了AMLA在伪装上的应用，以在简约的操作设计域中，即，我们为其基于ML的集成组件共享一个完整的安全案例。最后，我们报告了经验教训，并在开源许可下为研究界重新使用的开源许可提供了傻笑和安全案例。

在许多应用程序中，检测异常行为是新兴的需求，尤其是在安全性和可靠性是关键方面的情况下。尽管对异常的定义严格取决于域框架，但它通常是不切实际的或太耗时的，无法获得完全标记的数据集。使用无监督模型来克服缺乏标签的模型通常无法捕获特定的特定异常情况，因为它们依赖于异常值的一般定义。本文提出了一种新的基于积极学习的方法Alif，以通过减少所需标签的数量并将检测器调整为用户提供的异常的定义来解决此问题。在存在决策支持系统（DSS）的情况下，提出的方法特别有吸引力，这种情况在现实世界中越来越流行。尽管常见的DSS嵌入异常检测功能取决于无监督的模型，但它们没有办法提高性能：Alif能够通过在常见操作期间利用用户反馈来增强DSS的功能。 Alif是对流行的隔离森林的轻巧修改，在许多真实的异常检测数据集中，相对于其他最先进的算法证明了相对于其他最先进算法的出色性能。

随着人工智能的最新进展，可以在人类日常生活的各个方面看到其应用。从语音助手到移动医疗保健和自动驾驶，我们依靠AI方法的性能来完成许多关键任务；因此，必须以适当的手段进行预防损坏的方式主张模型的性能。通常，AI模型的短缺，尤其是深度机器学习，当面对数据分布的变化时，性能下降。尽管如此，在现实世界应用中始终期望这些转变。因此，已经出现了一个研究领域，重点是检测分布外数据子集并实现更全面的概括。此外，由于许多基于深度学习的模型在基准数据集上取得了近乎完美的结果，因此需要评估这些模型的可靠性和可靠性以推向现实世界应用程序的需求，这比以往任何时候都更加强烈。这引起了越来越多的研究领域的研究和领域的概括，这引起了对从各个角度比较这些研究进行比较的调查的需求，并突出了它们的平直和弱点。本文提出了一项调查，除了审查该领域的70多篇论文外，还提出了未来作品的挑战和方向，并为各种类型的数据转移和解决方案提供了统一的外观，以更好地泛化。

成像，散射和光谱是理解和发现新功能材料的基础。自动化和实验技术的当代创新导致这些测量更快，分辨率更高，从而产生了大量的分析数据。这些创新在用户设施和同步射击光源时特别明显。机器学习（ML）方法经常开发用于实时地处理和解释大型数据集。然而，仍然存在概念障碍，进入设施一般用户社区，通常缺乏ML的专业知识，以及部署ML模型的技术障碍。在此，我们展示了各种原型ML模型，用于在国家同步光源II（NSLS-II）的多个波束线上在飞行分析。我们谨慎地描述这些示例，专注于将模型集成到现有的实验工作流程中，使得读者可以容易地将它们自己的ML技术与具有普通基础设施的NSLS-II或设施的实验中的实验。此处介绍的框架展示了几乎没有努力，多样化的ML型号通过集成到实验编程和数据管理的现有Blueske套件中与反馈回路一起运行。

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。

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。

这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识，以在自己的项目中使用机器学习，并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中，我们讨论受监督，无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始，例如原理分析，T-SNE，聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构，例如密集的进料和常规神经网络，经常性的神经网络，受限的玻尔兹曼机器，（变性）自动编码器，生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题，并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习，我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。

Machine Learning (ML) is changing DBs as many DB components are being replaced by ML models. One open problem in this setting is how to update such ML models in the presence of data updates. We start this investigation focusing on data insertions (dominating updates in analytical DBs). We study how to update neural network (NN) models when new data follows a different distribution (a.k.a. it is "out-of-distribution" -- OOD), rendering previously-trained NNs inaccurate. A requirement in our problem setting is that learned DB components should ensure high accuracy for tasks on old and new data (e.g., for approximate query processing (AQP), cardinality estimation (CE), synthetic data generation (DG), etc.). This paper proposes a novel updatability framework (DDUp). DDUp can provide updatability for different learned DB system components, even based on different NNs, without the high costs to retrain the NNs from scratch. DDUp entails two components: First, a novel, efficient, and principled statistical-testing approach to detect OOD data. Second, a novel model updating approach, grounded on the principles of transfer learning with knowledge distillation, to update learned models efficiently, while still ensuring high accuracy. We develop and showcase DDUp's applicability for three different learned DB components, AQP, CE, and DG, each employing a different type of NN. Detailed experimental evaluation using real and benchmark datasets for AQP, CE, and DG detail DDUp's performance advantages.

飞机行业不断努力在人类的努力，计算时间和资源消耗方面寻求更有效的设计优化方法。当替代模型和最终过渡到HF模型的开关机制均被正确校准时，混合替代物优化保持了高效果，同时提供快速的设计评估。前馈神经网络（FNN）可以捕获高度非线性输入输出映射，从而为飞机绩效因素提供有效的替代物。但是，FNN通常无法概括分布（OOD）样本，这阻碍了它们在关键飞机设计优化中的采用。通过Smood，我们基于平滑度的分布检测方法，我们建议用优化的FNN替代物来编码一个依赖模型的OOD指标，以产生具有选择性但可信度的预测的值得信赖的替代模型。与常规的不确定性接地方法不同，Smood利用了HF模拟的固有平滑性特性，可以通过揭示其可疑敏感性有效地暴露OOD，从而避免对OOD样品的过度自信不确定性估计。通过使用SMOOD，仅将高风险的OOD输入转发到HF模型以进行重新评估，从而以低开销成本获得更准确的结果。研究了三个飞机性能模型。结果表明，基于FNN的代理在预测性能方面优于其高斯过程。此外，在所有研究案例中，Smood的确覆盖了85％的实际OOD。当Smood Plus FNN替代物被部署在混合替代优化设置中时，它们的错误率分别降低了34.65％和计算速度的降低率分别为58.36次。

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