对训练有素的ML模型进行连续监控，以确定其预测何时应该和不应信任的预测对于他们的安全部署至关重要。这样的框架应该是高性能，可解释的，事后和可行的。我们提出了信任范围，这是连续模型监视的“不信任”评分框架。我们使用一系列潜在空间嵌入序列评估每个输入样本模型预测的可信度。具体而言，（a）我们的潜在空间不信任得分估计了潜在空间中的距离指标（马哈拉氏症距离）和相似性指标（余弦相似性），并且（b）我们的顺序不信任得分决定了过去输入顺序的相关性偏差非参数基于滑动窗口的表示，用于可操作的连续监视。我们通过两个下游任务评估信任量：（1）分布转移的输入检测和（2）数据漂移检测，跨越不同的域 - 使用公共数据集的音频和视觉，并进一步基准了我们在具有挑战性的现实，现实世界中的脑电图（EEG）（EEG）（EEG） ）数据集用于癫痫发作。我们的潜在空间不信任得分以84.1（视觉），73.9（音频），77.1（临床脑电图）的AUROCs获得最新的结果，优于10分以上。我们暴露了对输入语义内容不敏感的流行基线中的关键故障，使它们不适合现实世界模型监视。我们表明，我们的顺序不信任得分达到了高漂移检测率：超过90％的流显示所有域的误差<20％。通过广泛的定性和定量评估，我们表明我们的不信任分数更强大，并为轻松采用实践提供了解释性。

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。

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

人工智能的最新趋势是将验证的模型用于语言和视觉任务，这些模型已经实现了非凡的表现，但也令人困惑。因此，以各种方式探索这些模型的能力对该领域至关重要。在本文中，我们探讨了模型的可靠性，在其中我们将可靠的模型定义为一个不仅可以实现强大的预测性能，而且在许多涉及不确定性（例如选择性预测，开放式设置识别）的决策任务上，在许多决策任务上表现出色，而且表现良好。强大的概括（例如，准确性和适当的评分规则，例如在分布数据集中和分发数据集上的对数可能性）和适应性（例如，主动学习，几乎没有射击不确定性）。我们设计了40个数据集的10种任务类型，以评估视觉和语言域上可靠性的不同方面。为了提高可靠性，我们分别开发了VIT-PLEX和T5-PLEX，分别针对视觉和语言方式扩展了大型模型。 PLEX极大地改善了跨可靠性任务的最先进，并简化了传统协议，因为它可以改善开箱即用的性能，并且不需要设计分数或为每个任务调整模型。我们演示了高达1B参数的模型尺寸的缩放效果，并预处理数据集大小最多4B示例。我们还展示了PLEX在具有挑战性的任务上的功能，包括零射门的开放式识别，主动学习和对话语言理解中的不确定性。

我们引入强大的想法，从超比计算到有挑战性领域的分布外（OOD）检测。与基于单个神经网络的单层执行的大多数现有的工作相比，我们使用相似性的半正交投影矩阵来将来自多个层的特征映射投影成公共矢量空间。通过反复应用捆绑操作$ \ oplus $，我们为所有分布类创建特定于特定于特定于特定的描述符向量。在测试时间时，描述符矢量之间的简单高效的余弦相似性计算一致地识别具有比当前最先进的性能更好的ood样本。我们表明，多维网络层的超级融合对于实现最佳的普遍表现至关重要。

Accurate uncertainty quantification is a major challenge in deep learning, as neural networks can make overconfident errors and assign high confidence predictions to out-of-distribution (OOD) inputs. The most popular approaches to estimate predictive uncertainty in deep learning are methods that combine predictions from multiple neural networks, such as Bayesian neural networks (BNNs) and deep ensembles. However their practicality in real-time, industrial-scale applications are limited due to the high memory and computational cost. Furthermore, ensembles and BNNs do not necessarily fix all the issues with the underlying member networks. In this work, we study principled approaches to improve uncertainty property of a single network, based on a single, deterministic representation. By formalizing the uncertainty quantification as a minimax learning problem, we first identify distance awareness, i.e., the model's ability to quantify the distance of a testing example from the training data, as a necessary condition for a DNN to achieve high-quality (i.e., minimax optimal) uncertainty estimation. We then propose Spectral-normalized Neural Gaussian Process (SNGP), a simple method that improves the distance-awareness ability of modern DNNs with two simple changes: (1) applying spectral normalization to hidden weights to enforce bi-Lipschitz smoothness in representations and (2) replacing the last output layer with a Gaussian process layer. On a suite of vision and language understanding benchmarks, SNGP outperforms other single-model approaches in prediction, calibration and out-of-domain detection. Furthermore, SNGP provides complementary benefits to popular techniques such as deep ensembles and data augmentation, making it a simple and scalable building block for probabilistic deep learning. Code is open-sourced at https://github.com/google/uncertainty-baselines

最近在生物医学中大型数据集的可用性激发了多种医疗保健应用的代表性学习方法的开发。尽管预测性能取得了进步，但这种方法的临床实用性在暴露于现实世界数据时受到限制。在这里，我们开发模型诊断措施，以检测部署过程中潜在的陷阱，而无需访问外部数据。具体而言，我们专注于通过数据转换建模电生理信号（EEG）的现实数据转移，并通过分析a）模型的潜在空间和b）预测性不确定性在这些变换下扩展了常规的基于任务的评估。我们使用公开可用的大规模临床EEG进行了多个EEG功能编码器和两个临床相关的下游任务进行实验。在这种实验环境中，我们的结果表明，在提出的数据转移下，潜在空间完整性和模型不确定性的度量可能有助于预测部署过程中的性能退化。

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。

尽管最近的分布（OOD）检测，异常检测和不确定性估计任务的最新进展，但并不存在任务不合时宜的和事后方法。为了解决此限制，我们设计了一种基于聚类的新型结合方法，称为任务不可知和事后看不见的分布检测（TAPUDD），该方法利用了从对特定任务进行训练的模型中提取的功能。它明确地包括Tap-Mahalanobis，该曲线簇起训练数据集的特征，并确定了所有群集的测试样品的最小Mahalanobis距离。此外，我们提出了一个结合模块，该模块汇总了对不同数量簇的迭代TAP-MAHALANOBIS的计算，以提供可靠，有效的群集计算。通过对合成和现实世界数据集进行的广泛实验，我们观察到我们的方法可以在各种任务中有效地检测出看不见的样本，并与现有基线进行更好的或与现有基线相比。为此，我们消除了确定簇数量的最佳价值的必要性，并证明我们的方法对于大规模分类任务更可行。

用于现实世界应用程序的时间序列分类器的安全部署依赖于检测未从与培训数据相同的分布生成的数据的能力。此任务称为离分布（OOD）检测。我们考虑了时间序列域的OOD检测的新问题。我们讨论了时间序列数据带来的独特挑战，并解释了为什么来自图像域的先前方法会表现不佳。受这些挑战的激励，本文提出了一种新颖的{\ em季节性评分（SRS）}方法。 SRS由三个关键算法步骤组成。首先，将每个输入分解为类别的语义组件和余数。其次，使用这种分解来估计输入的阶级条件可能性和使用深层生成模型的条件。从这些估计值中计算出季节性比率得分。第三，从分布数据中确定阈值间隔以检测OOD示例。对不同现实世界基准的实验表明，与基线方法相比，SRS方法非常适合于时间序列OOD检测。 https://github.com/tahabelkhouja/srs提供了SRS方法的开源代码

背景。通常，深度神经网络（DNN）概括了从类似于训练集的分布的样本概括。然而，当测试样本从不同的分布中抽出时，DNNS的预测是脆性和不可靠的。这是在现实世界应用中部署的主要关注点，这种行为可能以相当大的成本，例如工业生产线，自治车辆或医疗保健应用。贡献。我们将DNN中的分布（OOD）检测出来作为统计假设检测问题。在我们所提出的框架内产生的测试将证据组合来自整个网络。与以前的检测启发式不同，此框架返回每个测试样本的$ p $ -value。有保证维护I型错误（T1E - 错误地识别OOD样本为ID）进行测试数据。此外，这允许在保持T1E的同时组合多个检测器。在此框架上建立，我们建议一种基于低阶统计数据的新型程序。我们的方法在不接受的EOD基准上的最新方法实现了比较或更好的结果，而无需再培训网络参数或假设测试分配的现有知识 - 并且以计算成本的一小部分。

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.

由于其实际重要性，在提高神经网络安全部署方面的实际重要性，最近经济分配（OOD）检测最近受到了很大的关注。其中一个主要挑战是模型往往会对OOD数据产生高度自信的预测，这在ood检测中破坏了驾驶原理，即该模型应该仅对分布式样品充满信心。在这项工作中，我们提出了反应 - 一种简单有效的技术，用于减少对数据数据的模型过度限制。我们的方法是通过关于神经网络内部激活的新型分析，其为OOD分布显示出高度独特的签名模式。我们的方法可以有效地拓展到不同的网络架构和不同的OOD检测分数。我们经验证明，反应在全面的基准数据集套件上实现了竞争检测性能，并为我们的方法进行了理论解释。与以前的最佳方法相比，在ImageNet基准测试中，反应将假阳性率（FPR95）降低25.05％。

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。

我们考虑使用深度神经网络时检测到（分发外）输入数据的问题，并提出了一种简单但有效的方法来提高几种流行的ood检测方法对标签换档的鲁棒性。我们的作品是通过观察到的，即大多数现有的OOD检测算法考虑整个训练/测试数据，无论每个输入激活哪个类进入（级别差异）。通过广泛的实验，我们发现这种做法导致探测器，其性能敏感，易于标记换档。为了解决这个问题，我们提出了一种类别的阈值方案，可以适用于大多数现有的OOD检测算法，并且即使在测试分布的标签偏移存在下也可以保持相似的OOD检测性能。

The ability to quickly and accurately identify covariate shift at test time is a critical and often overlooked component of safe machine learning systems deployed in high-risk domains. While methods exist for detecting when predictions should not be made on out-of-distribution test examples, identifying distributional level differences between training and test time can help determine when a model should be removed from the deployment setting and retrained. In this work, we define harmful covariate shift (HCS) as a change in distribution that may weaken the generalization of a predictive model. To detect HCS, we use the discordance between an ensemble of classifiers trained to agree on training data and disagree on test data. We derive a loss function for training this ensemble and show that the disagreement rate and entropy represent powerful discriminative statistics for HCS. Empirically, we demonstrate the ability of our method to detect harmful covariate shift with statistical certainty on a variety of high-dimensional datasets. Across numerous domains and modalities, we show state-of-the-art performance compared to existing methods, particularly when the number of observed test samples is small.

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

Discriminative neural networks offer little or no performance guarantees when deployed on data not generated by the same process as the training distribution. On such out-of-distribution (OOD) inputs, the prediction may not only be erroneous, but confidently so, limiting the safe deployment of classifiers in real-world applications. One such challenging application is bacteria identification based on genomic sequences, which holds the promise of early detection of diseases, but requires a model that can output low confidence predictions on OOD genomic sequences from new bacteria that were not present in the training data. We introduce a genomics dataset for OOD detection that allows other researchers to benchmark progress on this important problem. We investigate deep generative model based approaches for OOD detection and observe that the likelihood score is heavily affected by population level background statistics. We propose a likelihood ratio method for deep generative models which effectively corrects for these confounding background statistics. We benchmark the OOD detection performance of the proposed method against existing approaches on the genomics dataset and show that our method achieves state-of-the-art performance. We demonstrate the generality of the proposed method by showing that it significantly improves OOD detection when applied to deep generative models of images.

在现实世界中的视觉应用中检测分布（OOD）样本（例如分类或对象检测）已成为当今深度学习系统部署的必要前提。已经提出了许多技术，其中已证明基于能量的OOD方法是有希望和令人印象深刻的性能。我们提出了基于语义驱动的能量方法，这是一种端到端的可训练系统，易于优化。我们将分布样品与能量评分和表示分数结合的外部分布样品区分开。我们通过最大程度地降低分布样品的能量来实现这一目标，并同时学习各自的类表征，这些类别更接近和最大化能量以供外分发样品，并将其从已知的类表征进一步推出。此外，我们提出了一种新颖的损失功能，我们称之为群集局灶性损失（CFL），事实证明这很简单，但在学习更好的班级群集中心表示方面非常有效。我们发现，我们的新方法可以增强异常检测，并在共同基准上获得基于能量的模型。与现有基于能量的方法相比，在CIFAR-10和CIFAR-100训练的WideSnet上，我们的模型分别将相对平均假正（以95％的真实正率为95％）降低67.2％和57.4％。此外，我们扩展了对象检测的框架并提高了性能。