我们提出了一种有效的正则化战略（CW-TALAR），用于解决持续的学习问题。它使用由在由所有任务共享的底层神经网络的目标层上定义的两个概率分布之间的校准术语，该概率分布在由所有任务共享的底层神经网络的目标层，以及用于建模输出数据表示的克拉米 - WOLD发生器的简单架构。我们的策略在学习新任务时保留了目标层分发，但不需要记住以前的任务的数据集。我们执行涉及几个常见监督框架的实验，该框架证明了CW-TALAR方法的竞争力与一些现有的现有最先进的持续学习模型相比。

我们引入了一个新的培训范式，该范围对神经网络参数空间进行间隔约束以控制遗忘。当代持续学习（CL）方法从一系列数据流有效地培训神经网络，同时减少灾难性遗忘的负面影响，但它们不能提供任何确保的确保网络性能不会随着时间的流逝而无法控制地恶化。在这项工作中，我们展示了如何通过将模型的持续学习作为其参数空间的持续收缩来遗忘。为此，我们提出了Hypertrectangle训练，这是一种新的训练方法，其中每个任务都由参数空间中的超矩形表示，完全包含在先前任务的超矩形中。这种配方将NP-HARD CL问题降低到多项式时间，同时提供了完全防止遗忘的弹性。我们通过开发Intercontinet（间隔持续学习）算法来验证我们的主张，该算法利用间隔算术来有效地将参数区域建模为高矩形。通过实验结果，我们表明我们的方法在不连续的学习设置中表现良好，而无需存储以前的任务中的数据。

Catastrophic forgetting (CF) happens whenever a neural network overwrites past knowledge while being trained on new tasks. Common techniques to handle CF include regularization of the weights (using, e.g., their importance on past tasks), and rehearsal strategies, where the network is constantly re-trained on past data. Generative models have also been applied for the latter, in order to have endless sources of data. In this paper, we propose a novel method that combines the strengths of regularization and generative-based rehearsal approaches. Our generative model consists of a normalizing flow (NF), a probabilistic and invertible neural network, trained on the internal embeddings of the network. By keeping a single NF throughout the training process, we show that our memory overhead remains constant. In addition, exploiting the invertibility of the NF, we propose a simple approach to regularize the network's embeddings with respect to past tasks. We show that our method performs favorably with respect to state-of-the-art approaches in the literature, with bounded computational power and memory overheads.

机器学习的一个显着缺点是模型能够更快地解决新问题，而不会忘记获得的知识。为了更好地理解这个问题，已经出现了持续的学习来系统地调查学习协议，其中模型顺序地观察由一系列任务产生的样本。首先，我们提出了一种促进学习和遗忘之间进行权衡的最优性原则。我们从有界合理性的信息化学制定中获得了这一原则，并显示了与其他连续学习方法的联系。其次，基于这一原则，我们提出了一种神经网络层，用于持续学习，称为变分的专家（移动），缓解遗忘，同时使知识有益转移到新任务。我们对MNIST和CIFAR10数据集的变型的实验表明，与最先进的方法相比，移动层的竞争性能。

We motivate Energy-Based Models (EBMs) as a promising model class for continual learning problems. Instead of tackling continual learning via the use of external memory, growing models, or regularization, EBMs change the underlying training objective to cause less interference with previously learned information. Our proposed version of EBMs for continual learning is simple, efficient, and outperforms baseline methods by a large margin on several benchmarks. Moreover, our proposed contrastive divergence-based training objective can be combined with other continual learning methods, resulting in substantial boosts in their performance. We further show that EBMs are adaptable to a more general continual learning setting where the data distribution changes without the notion of explicitly delineated tasks. These observations point towards EBMs as a useful building block for future continual learning methods.

恶意软件（恶意软件）分类为持续学习（CL）制度提供了独特的挑战，这是由于每天收到的新样本的数量以及恶意软件的发展以利用新漏洞。在典型的一天中，防病毒供应商将获得数十万个独特的软件，包括恶意和良性，并且在恶意软件分类器的一生中，有超过十亿个样品很容易积累。鉴于问题的规模，使用持续学习技术的顺序培训可以在减少培训和存储开销方面提供可观的好处。但是，迄今为止，还没有对CL应用于恶意软件分类任务的探索。在本文中，我们研究了11种应用于三个恶意软件任务的CL技术，涵盖了常见的增量学习方案，包括任务，类和域增量学习（IL）。具体而言，使用两个现实的大规模恶意软件数据集，我们评估了CL方法在二进制恶意软件分类（domain-il）和多类恶意软件家庭分类（Task-IL和类IL）任务上的性能。令我们惊讶的是，在几乎所有情况下，持续的学习方法显着不足以使训练数据的幼稚关节重播 - 在某些情况下，将精度降低了70个百分点以上。与关节重播相比，有选择性重播20％的存储数据的一种简单方法可以实现更好的性能，占训练时间的50％。最后，我们讨论了CL技术表现出乎意料差的潜在原因，希望它激发进一步研究在恶意软件分类域中更有效的技术。

古典机器学习者仅设计用于解决一项任务，而无需采用新的新兴任务或课程，而这种能力在现实世界中更实用和人类。为了解决这种缺点，阐述了持续的机器学习者，以表彰使用域和班级的任务流，不同的任务之间的转变。在本文中，我们提出了一种基于一个基于对比的连续学习方法，其能够处理多个持续学习场景。具体地，我们通过特征传播和对比表示学习来对准当前和先前的表示空间来弥合不同任务之间的域移位。为了进一步减轻特征表示的类别的班次，利用了监督的对比损失以使与不同类别的相同类的示例嵌入。广泛的实验结果表明，与一组尖端连续学习方法相比，六个连续学习基准中提出的方法的出色性能。

当神经网络失去先前从不同分布的样本（即新任务）培训一组样本时，发生灾难性遗忘（CF）。现有方法在减轻CF方面取得了显着的结果，尤其是在称为任务增量学习的情况下。但是，这种情况是不现实的，并且已经完成了有限的工作以在更现实的情况下取得良好的结果。在本文中，我们提出了一种称为Centroid匹配的新型正则化方法，该方法受到元学习方法的启发，通过在神经网络产生的功能空间中操作来打击CF，在需要较小的记忆足迹的同时，取得了良好的结果。具体而言，该方法使用神经网络产生的特征向量直接对样品进行了分类，通过将这些向量与代表当前任务中的类或所有任务的质心匹配，直到该点。质心匹配速度比竞争基线更快，并且可以通过在过去的任务结束时保留模型产生的嵌入式空间之间的距离，并且可以利用它有效地减轻CF，而当前生产的距离则可以实现高精度的方法在所有任务上，在轻松场景上操作时，或不使用外部内存，或者将小型内存用于更现实的记忆。广泛的实验表明，匹配的质心在多个数据集和方案上取得了准确的提高。

While deep learning has led to remarkable advances across diverse applications, it struggles in domains where the data distribution changes over the course of learning. In stark contrast, biological neural networks continually adapt to changing domains, possibly by leveraging complex molecular machinery to solve many tasks simultaneously. In this study, we introduce intelligent synapses that bring some of this biological complexity into artificial neural networks. Each synapse accumulates task relevant information over time, and exploits this information to rapidly store new memories without forgetting old ones. We evaluate our approach on continual learning of classification tasks, and show that it dramatically reduces forgetting while maintaining computational efficiency.

持续学习研究的主要重点领域是通过设计新算法对分布变化更强大的新算法来减轻神经网络中的“灾难性遗忘”问题。尽管持续学习文献的最新进展令人鼓舞，但我们对神经网络的特性有助于灾难性遗忘的理解仍然有限。为了解决这个问题，我们不关注持续的学习算法，而是在这项工作中专注于模型本身，并研究神经网络体系结构对灾难性遗忘的“宽度”的影响，并表明宽度在遗忘遗产方面具有出人意料的显着影响。为了解释这种效果，我们从各个角度研究网络的学习动力学，例如梯度正交性，稀疏性和懒惰的培训制度。我们提供了与不同架构和持续学习基准之间的经验结果一致的潜在解释。

卷积神经网络在分类方面表现出了显着的结果，但在即时学习新事物方面挣扎。我们提出了一种新颖的彩排方法，其中深度神经网络正在不断学习新的看不见的对象类别，而无需保存任何先前序列的数据。我们的方法称为召回，因为网络通过在培训新类别之前计算旧类别的逻辑来回忆类别。然后在培训期间使用这些，以避免更改旧类别。对于每个新序列，都会添加一个新的头部以适应新类别。为了减轻遗忘，我们提出了一种正规化策略，在该策略中我们用回归替换分类。此外，对于已知类别，我们提出了一个玛哈拉氏症损失，其中包括差异，以说明已知类别和未知类别之间的密度变化。最后，我们提供了一个用于持续学习的新颖数据集，尤其是适用于移动机器人（Hows-CL-25）上的对象识别的数据集，其中包括25个家庭对象类别的150,795个合成图像。我们的方法回忆起优于Core50和ICIFAR-100上的艺术现状，并在HOWS-CL-25上取得了最佳性能。

人类在整个生命周期中不断学习，通过积累多样化的知识并为未来的任务进行微调。当出现类似目标时，神经网络会遭受灾难性忘记，在学习过程中跨顺序任务跨好任务的数据分布是否不固定。解决此类持续学习（CL）问题的有效方法是使用超网络为目标网络生成任务依赖权重。但是，现有基于超网的方法的持续学习性能受到整个层之间权重的独立性的假设，以维持参数效率。为了解决这一限制，我们提出了一种新颖的方法，该方法使用依赖关系保留超网络来为目标网络生成权重，同时还保持参数效率。我们建议使用基于复发的神经网络（RNN）的超网络，该网络可以有效地生成层权重，同时允许在它们的依赖关系中。此外，我们为基于RNN的超网络提出了新颖的正则化和网络增长技术，以进一步提高持续的学习绩效。为了证明所提出的方法的有效性，我们对几个图像分类持续学习任务和设置进行了实验。我们发现，基于RNN HyperNetworks的建议方法在所有这些CL设置和任务中都优于基准。

Continual Learning (CL) is a field dedicated to devise algorithms able to achieve lifelong learning. Overcoming the knowledge disruption of previously acquired concepts, a drawback affecting deep learning models and that goes by the name of catastrophic forgetting, is a hard challenge. Currently, deep learning methods can attain impressive results when the data modeled does not undergo a considerable distributional shift in subsequent learning sessions, but whenever we expose such systems to this incremental setting, performance drop very quickly. Overcoming this limitation is fundamental as it would allow us to build truly intelligent systems showing stability and plasticity. Secondly, it would allow us to overcome the onerous limitation of retraining these architectures from scratch with the new updated data. In this thesis, we tackle the problem from multiple directions. In a first study, we show that in rehearsal-based techniques (systems that use memory buffer), the quantity of data stored in the rehearsal buffer is a more important factor over the quality of the data. Secondly, we propose one of the early works of incremental learning on ViTs architectures, comparing functional, weight and attention regularization approaches and propose effective novel a novel asymmetric loss. At the end we conclude with a study on pretraining and how it affects the performance in Continual Learning, raising some questions about the effective progression of the field. We then conclude with some future directions and closing remarks.

本文研究了在连续学习框架中使用分类网络的固定架构培训深度学习模型的优化算法的新设计。训练数据是非平稳的，非平稳性是由一系列不同的任务施加的。我们首先分析了一个仅在隔离的学习任务的深层模型，并在网络参数空间中识别一个区域，其中模型性能接近恢复的最佳。我们提供的经验证据表明该区域类似于沿收敛方向扩展的锥体。我们研究了融合后优化器轨迹的主要方向，并表明沿着一些顶级主要方向旅行可以迅速将参数带到锥体之外，但其余方向并非如此。我们认为，当参数被限制以保持在训练过程中迄今为止遇到的单个任务的相交中，可以缓解持续学习环境中的灾难性遗忘。基于此观察结果，我们介绍了我们的方向约束优化（DCO）方法，在每个任务中，我们引入一个线性自动编码器以近似其相应的顶部禁止主要方向。然后将它们以正规化术语的形式合并到损失函数中，以便在不忘记的情况下学习即将到来的任务。此外，为了随着任务数量的增加而控制内存的增长，我们提出了一种称为压缩DCO（DCO-comp）的算法的内存效率版本，该版本为存储所有自动编码器的固定大小分配了存储器。我们从经验上证明，与其他基于最新正规化的持续学习方法相比，我们的算法表现出色。

Continual learning with an increasing number of classes is a challenging task. The difficulty rises when each example is presented exactly once, which requires the model to learn online. Recent methods with classic parameter optimization procedures have been shown to struggle in such setups or have limitations like non-differentiable components or memory buffers. For this reason, we present the fully differentiable ensemble method that allows us to efficiently train an ensemble of neural networks in the end-to-end regime. The proposed technique achieves SOTA results without a memory buffer and clearly outperforms the reference methods. The conducted experiments have also shown a significant increase in the performance for small ensembles, which demonstrates the capability of obtaining relatively high classification accuracy with a reduced number of classifiers.

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.

持续学习的目标（CL）是随着时间的推移学习不同的任务。与CL相关的主要Desiderata是在旧任务上保持绩效，利用后者来改善未来任务的学习，并在培训过程中引入最小的开销（例如，不需要增长的模型或再培训）。我们建议通过固定密度的稀疏神经网络来解决这些避难所的神经启发性塑性适应（NISPA）体系结构。 NISPA形成了稳定的途径，可以从较旧的任务中保存知识。此外，NISPA使用连接重新设计来创建新的塑料路径，以重用有关新任务的现有知识。我们对EMNIST，FashionMnist，CIFAR10和CIFAR100数据集的广泛评估表明，NISPA的表现明显胜过代表性的最先进的持续学习基线，并且与盆地相比，它的可学习参数最多少了十倍。我们还认为稀疏是持续学习的重要组成部分。 NISPA代码可在https://github.com/burakgurbuz97/nispa上获得。

神经网络（NNS）的能力在顺序地学习和记住多项任务是由于其灾难性遗忘（CF）问题而在实现一般人工智能方面面临艰难的挑战。幸运的是，最新的OWM正交权重修改）和其他几种连续学习（CL）方法表明了一些有希望的克服CF问题的方法。但是，现有的CL方法都没有探讨以下三个关键问题，以便有效地克服CF问题：即，它有助于在其顺序任务学习期间对NN的有效权重修改有所了解？当新学习任务的数据分布与先前学习的任务相对应的更改时，是否应该采用统一/特定的权重修改策略？对于给定的CL方法，可学习任务的上限是什么？ ect。为了实现这一点，在本文中，我们首先揭示了新的学习任务的权重梯度的事实是由新任务的输入空间和先前学习任务的重量空间顺序确定。在这种观察和递归最小二乘法的情况下，我们通过增强型OWM提出了一种新的高效和有效的连续学习方法EOWM。我们理论上和明确地赋予了我们的EOWM的学习任务的上限。在基准测试上进行的广泛实验表明，我们的EOWM是有效性，优于所有最先进的CL基线。

增量任务学习（ITL）是一个持续学习的类别，试图培训单个网络以进行多个任务（一个接一个），其中每个任务的培训数据仅在培训该任务期间可用。当神经网络接受较新的任务培训时，往往会忘记旧任务。该特性通常被称为灾难性遗忘。为了解决此问题，ITL方法使用情节内存，参数正则化，掩盖和修剪或可扩展的网络结构。在本文中，我们提出了一个基于低级别分解的新的增量任务学习框架。特别是，我们表示每一层的网络权重作为几个等级1矩阵的线性组合。为了更新新任务的网络，我们学习一个排名1（或低级别）矩阵，并将其添加到每一层的权重。我们还引入了一个其他选择器向量，该向量将不同的权重分配给对先前任务的低级矩阵。我们表明，就准确性和遗忘而言，我们的方法的表现比当前的最新方法更好。与基于情节的内存和基于面具的方法相比，我们的方法还提供了更好的内存效率。我们的代码将在https://github.com/csiplab/task-increment-rank-update.git上找到。

Incremental learning (IL) has received a lot of attention recently, however, the literature lacks a precise problem definition, proper evaluation settings, and metrics tailored specifically for the IL problem. One of the main objectives of this work is to fill these gaps so as to provide a common ground for better understanding of IL. The main challenge for an IL algorithm is to update the classifier whilst preserving existing knowledge. We observe that, in addition to forgetting, a known issue while preserving knowledge, IL also suffers from a problem we call intransigence, inability of a model to update its knowledge. We introduce two metrics to quantify forgetting and intransigence that allow us to understand, analyse, and gain better insights into the behaviour of IL algorithms. We present RWalk, a generalization of EWC++ (our efficient version of EWC [7]) and Path Integral [26] with a theoretically grounded KL-divergence based perspective. We provide a thorough analysis of various IL algorithms on MNIST and CIFAR-100 datasets. In these experiments, RWalk obtains superior results in terms of accuracy, and also provides a better trade-off between forgetting and intransigence.