This paper proposes Mutual Information Regularized Assignment (MIRA), a pseudo-labeling algorithm for unsupervised representation learning inspired by information maximization. We formulate online pseudo-labeling as an optimization problem to find pseudo-labels that maximize the mutual information between the label and data while being close to a given model probability. We derive a fixed-point iteration method and prove its convergence to the optimal solution. In contrast to baselines, MIRA combined with pseudo-label prediction enables a simple yet effective clustering-based representation learning without incorporating extra training techniques or artificial constraints such as sampling strategy, equipartition constraints, etc. With relatively small training epochs, representation learned by MIRA achieves state-of-the-art performance on various downstream tasks, including the linear/k-NN evaluation and transfer learning. Especially, with only 400 epochs, our method applied to ImageNet dataset with ResNet-50 architecture achieves 75.6% linear evaluation accuracy.

我们通过以端到端的方式对大规模未标记的数据集进行分类，呈现扭曲，简单和理论上可解释的自我监督的表示学习方法。我们使用Softmax操作终止的暹罗网络，以产生两个增强图像的双类分布。没有监督，我们强制执行不同增强的班级分布。但是，只需最小化增强之间的分歧将导致折叠解决方案，即，输出所有图像的相同类概率分布。在这种情况下，留下有关输入图像的信息。为了解决这个问题，我们建议最大化输入和课程预测之间的互信息。具体地，我们最小化每个样品的分布的熵，使每个样品的课程预测是对每个样品自信的预测，并最大化平均分布的熵，以使不同样品的预测变得不同。以这种方式，扭曲可以自然地避免没有特定设计的折叠解决方案，例如非对称网络，停止梯度操作或动量编码器。因此，扭曲优于各种任务的最先进的方法。特别是，在半监督学习中，扭曲令人惊讶地表现出令人惊讶的是，使用Reset-50作为骨干的1％ImageNet标签实现61.2％的顶级精度，以前的最佳结果为6.2％。代码和预先训练的模型是给出的：https://github.com/byteDance/twist

Unsupervised image representations have significantly reduced the gap with supervised pretraining, notably with the recent achievements of contrastive learning methods. These contrastive methods typically work online and rely on a large number of explicit pairwise feature comparisons, which is computationally challenging. In this paper, we propose an online algorithm, SwAV, that takes advantage of contrastive methods without requiring to compute pairwise comparisons. Specifically, our method simultaneously clusters the data while enforcing consistency between cluster assignments produced for different augmentations (or "views") of the same image, instead of comparing features directly as in contrastive learning. Simply put, we use a "swapped" prediction mechanism where we predict the code of a view from the representation of another view. Our method can be trained with large and small batches and can scale to unlimited amounts of data. Compared to previous contrastive methods, our method is more memory efficient since it does not require a large memory bank or a special momentum network. In addition, we also propose a new data augmentation strategy, multi-crop, that uses a mix of views with different resolutions in place of two full-resolution views, without increasing the memory or compute requirements. We validate our findings by achieving 75.3% top-1 accuracy on ImageNet with ResNet-50, as well as surpassing supervised pretraining on all the considered transfer tasks.

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to self-supervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected.

对比表示学习旨在通过估计数据的多个视图之间的共享信息来获得有用的表示形式。在这里，数据增强的选择对学会表示的质量很敏感：随着更难的应用，数据增加了，视图共享更多与任务相关的信息，但也可以妨碍表示代表的概括能力。在此激励的基础上，我们提出了一种新的强大的对比度学习计划，即r \'enyicl，可以通过利用r \'enyi差异来有效地管理更艰难的增强。我们的方法建立在r \'enyi差异的变异下限基础上，但是由于差异很大，对变异方法的使用是不切实际的。要应对这一挑战，我们提出了一个新颖的对比目标，该目标是进行变异估计的新型对比目标偏斜r \'enyi的分歧，并提供理论保证，以确保偏差差异如何导致稳定训练。我们表明，r \'enyi对比度学习目标执行先天的硬性负面样本和易于选择的阳性抽样学习有用的功能并忽略滋扰功能。通过在Imagenet上进行实验，我们表明，r \'enyi对比度学习具有更强的增强性能优于其他自我监督的方法，而无需额外的正则化或计算上的开销。图形和表格，显示了与其他对比方法相比的经验增益。

我们对自我监督，监督或半监督设置的代表学习感兴趣。在应用自我监督学习的平均移位思想的事先工作，通过拉动查询图像来概括拜尔的想法，不仅更接近其其他增强，而且还可以到其他增强的最近邻居（NNS）。我们认为，学习可以从选择远处与查询相关的邻居选择遥远的邻居。因此，我们建议通过约束最近邻居的搜索空间来概括MSF算法。我们显示我们的方法在SSL设置中优于MSF，当约束使用不同的图像时，并且当约束确保NNS具有与查询相同的伪标签时，在半监控设置中优于培训资源的半监控设置中的爪子。

我们研究了用于半监控学习（SSL）的无监督数据选择，其中可以提供大规模的未标记数据集，并且为标签采集预算小额数据子集。现有的SSL方法专注于学习一个有效地集成了来自给定小标记数据和大型未标记数据的信息的模型，而我们专注于选择正确的数据以用于SSL的注释，而无需任何标签或任务信息。直观地，要标记的实例应统称为下游任务的最大多样性和覆盖范围，并且单独具有用于SSL的最大信息传播实用程序。我们以三步数据为中心的SSL方法形式化这些概念，使稳定性和精度的纤维液改善8％的CiFar-10（标记为0.08％）和14％的Imagenet -1k（标记为0.2％）。它也是一种具有各种SSL方法的通用框架，提供一致的性能增益。我们的工作表明，在仔细选择注释数据上花费的小计算带来了大注释效率和模型性能增益，而无需改变学习管道。我们完全无监督的数据选择可以轻松扩展到其他弱监督的学习设置。

许多最近的自我监督学习方法在图像分类和其他任务上表现出了令人印象深刻的表现。已经使用了一种令人困惑的多种技术，并不总是清楚地了解其收益的原因，尤其是在组合使用时。在这里，我们将图像的嵌入视为点粒子，并将模型优化视为该粒子系统上的动态过程。我们的动态模型结合了类似图像的吸引力，避免局部崩溃的局部分散力以及实现颗粒的全球均匀分布的全局分散力。动态透视图突出了使用延迟参数图像嵌入（a la byol）以及同一图像的多个视图的优点。它还使用纯动态的局部分散力（布朗运动），该分散力比其他方法显示出改善的性能，并且不需要其他粒子坐标的知识。该方法称为MSBREG，代表（i）多视质心损失，它施加了吸引力的力来将不同的图像视图嵌入到其质心上，（ii）奇异值损失，将粒子系统推向空间均匀的密度（ iii）布朗扩散损失。我们评估MSBREG在ImageNet上的下游分类性能以及转移学习任务，包括细粒度分类，多类对象分类，对象检测和实例分段。此外，我们还表明，将我们的正则化术语应用于其他方法，进一步改善了其性能并通过防止模式崩溃来稳定训练。

This paper presents Prototypical Contrastive Learning (PCL), an unsupervised representation learning method that bridges contrastive learning with clustering. PCL not only learns low-level features for the task of instance discrimination, but more importantly, it encodes semantic structures discovered by clustering into the learned embedding space. Specifically, we introduce prototypes as latent variables to help find the maximum-likelihood estimation of the network parameters in an Expectation-Maximization framework. We iteratively perform E-step as finding the distribution of prototypes via clustering and M-step as optimizing the network via contrastive learning. We propose ProtoNCE loss, a generalized version of the InfoNCE loss for contrastive learning, which encourages representations to be closer to their assigned prototypes. PCL outperforms state-of-the-art instance-wise contrastive learning methods on multiple benchmarks with substantial improvement in low-resource transfer learning. Code and pretrained models are available at https://github.com/salesforce/PCL.

Combining clustering and representation learning is one of the most promising approaches for unsupervised learning of deep neural networks. However, doing so naively leads to ill posed learning problems with degenerate solutions. In this paper, we propose a novel and principled learning formulation that addresses these issues. The method is obtained by maximizing the information between labels and input data indices. We show that this criterion extends standard crossentropy minimization to an optimal transport problem, which we solve efficiently for millions of input images and thousands of labels using a fast variant of the Sinkhorn-Knopp algorithm. The resulting method is able to self-label visual data so as to train highly competitive image representations without manual labels. Our method achieves state of the art representation learning performance for AlexNet and ResNet-50 on SVHN, CIFAR-10, CIFAR-100 and ImageNet and yields the first self-supervised AlexNet that outperforms the supervised Pascal VOC detection baseline. Code and models are available 1 .

Self-supervised learning (SSL) is rapidly closing BARLOW TWINS is competitive with state-of-the-art methods for self-supervised learning while being conceptually simpler, naturally avoiding trivial constant (i.e. collapsed) embeddings, and being robust to the training batch size.

我们介绍了代表学习（CARL）的一致分配，通过组合来自自我监督对比学习和深层聚类的思路来学习视觉表现的无监督学习方法。通过从聚类角度来看对比学习，Carl通过学习一组一般原型来学习无监督的表示，该原型用作能量锚来强制执行给定图像的不同视图被分配给相同的原型。与与深层聚类的对比学习的当代工作不同，Carl建议以在线方式学习一组一般原型，使用梯度下降，而无需使用非可微分算法或k手段来解决群集分配问题。卡尔在许多代表性学习基准中超越了竞争对手，包括线性评估，半监督学习和转移学习。

对比度学习最近在无监督的视觉表示学习中显示出巨大的潜力。在此轨道中的现有研究主要集中于图像内不变性学习。学习通常使用丰富的图像内变换来构建正对，然后使用对比度损失最大化一致性。相反，相互影响不变性的优点仍然少得多。利用图像间不变性的一个主要障碍是，尚不清楚如何可靠地构建图像间的正对，并进一步从它们中获得有效的监督，因为没有配对注释可用。在这项工作中，我们提出了一项全面的实证研究，以更好地了解从三个主要组成部分的形象间不变性学习的作用：伪标签维护，采样策略和决策边界设计。为了促进这项研究，我们引入了一个统一的通用框架，该框架支持无监督的内部和间形内不变性学习的整合。通过精心设计的比较和分析，揭示了多个有价值的观察结果：1）在线标签收敛速度比离线标签更快； 2）半硬性样品比硬否定样品更可靠和公正； 3）一个不太严格的决策边界更有利于形象间的不变性学习。借助所有获得的食谱，我们的最终模型（即InterCLR）对多个标准基准测试的最先进的内图内不变性学习方法表现出一致的改进。我们希望这项工作将为设计有效的无监督间歇性不变性学习提供有用的经验。代码：https：//github.com/open-mmlab/mmselfsup。

尽管最近通过剩余网络的代表学习中的自我监督方法取得了进展，但它们仍然对ImageNet分类基准进行了高度的监督学习，限制了它们在性能关键设置中的适用性。在MITROVIC等人的现有理论上洞察中建立2021年，我们提出了RELICV2，其结合了明确的不变性损失，在各种适当构造的数据视图上具有对比的目标。 Relicv2在ImageNet上实现了77.1％的前1个分类准确性，使用线性评估使用Reset50架构和80.6％，具有较大的Reset型号，优于宽边缘以前的最先进的自我监督方法。最值得注意的是，RelicV2是使用一系列标准Reset架构始终如一地始终优先于类似的对比较中的监督基线的第一个表示学习方法。最后，我们表明，尽管使用Reset编码器，Relicv2可与最先进的自我监控视觉变压器相媲美。

集群歧视是无监督的代表学习的有效借口任务，这通常由两个阶段组成：聚类和歧视。群集是为每个实例分配伪标签，该标签将用于学习歧视中的表示。主要挑战驻留在群集中，因为普遍的聚类方法（例如，k-means）必须以批处理模式运行，并且可以有一个琐碎的解决方案由主导集群组成。为解决这些挑战，我们首先调查基于聚类的代表学习的目标。基于此，我们提出了一种新的基于聚类的借口任务，具有在线受限的K-means（可乐）。与每个群集具有完全相同的大小的平衡集群相比，我们只限制每个群集的最小大小，以灵活地捕获固有的数据结构。更重要的是，我们的在线分配方法具有接近全球最佳的理论保证。通过解耦聚类和歧视，可焦炭可以在每个实例中仅优化单个视图时实现竞争性能。关于Imagenet的广泛实验验证了我们提案的效力和效率。代码将被释放。

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to selfsupervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected. 3

通过对比学习，自我监督学习最近在视觉任务中显示了巨大的潜力，这旨在在数据集中区分每个图像或实例。然而，这种情况级别学习忽略了实例之间的语义关系，有时不希望地从语义上类似的样本中排斥锚，被称为“假否定”。在这项工作中，我们表明，对于具有更多语义概念的大规模数据集来说，虚假否定的不利影响更为重要。为了解决这个问题，我们提出了一种新颖的自我监督的对比学习框架，逐步地检测并明确地去除假阴性样本。具体地，在训练过程之后，考虑到编码器逐渐提高，嵌入空间变得更加语义结构，我们的方法动态地检测增加的高质量假否定。接下来，我们讨论两种策略，以明确地在对比学习期间明确地消除检测到的假阴性。广泛的实验表明，我们的框架在有限的资源设置中的多个基准上表现出其他自我监督的对比学习方法。

现有的深度聚类方法依赖于对比学习的对比学习，这需要否定例子来形成嵌入空间，其中所有情况都处于良好分离状态。但是，否定的例子不可避免地引起阶级碰撞问题，损害了群集的表示学习。在本文中，我们探讨了对深度聚类的非对比表示学习，被称为NCC，其基于Byol，一种没有负例的代表性方法。首先，我们建议将一个增强的实例与嵌入空间中的另一个视图的邻居对齐，称为正抽样策略，该域避免了由否定示例引起的类碰撞问题，从而提高了集群内的紧凑性。其次，我们建议鼓励在所有原型中的一个原型和均匀性的两个增强视图之间的对准，命名的原型是原型的对比损失或protocl，这可以最大化簇间距离。此外，我们在期望 - 最大化（EM）框架中制定了NCC，其中E-Step利用球面K手段来估计实例的伪标签和来自目标网络的原型的分布，并且M-Step利用了所提出的损失优化在线网络。结果，NCC形成了一个嵌入空间，其中所有集群都处于分离良好，而内部示例都很紧凑。在包括ImageNet-1K的几个聚类基准数据集上的实验结果证明了NCC优于最先进的方法，通过显着的余量。

现有的少量学习（FSL）方法依赖于具有大型标记数据集的培训，从而阻止它们利用丰富的未标记数据。从信息理论的角度来看，我们提出了一种有效的无监督的FSL方法，并以自学意义进行学习表示。遵循信息原理，我们的方法通过捕获数据的内在结构来学习全面的表示。具体而言，我们以低偏置的MI估计量来最大化实例及其表示的相互信息（MI），以执行自我监督的预训练。我们的自我监督模型对所见类别的可区分特征的监督预训练没有针对可见的阶级的偏见，从而对看不见的类别进行了更好的概括。我们解释说，受监督的预训练和自我监督的预训练实际上正在最大化不同的MI目标。进一步进行了广泛的实验，以通过各种训练环境分析其FSL性能。令人惊讶的是，结果表明，在适当条件下，自我监管的预训练可以优于监督预训练。与最先进的FSL方法相比，我们的方法在没有基本类别的任何标签的情况下，在广泛使用的FSL基准上实现了可比的性能。