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。
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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。
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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。
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We aim for image-based novelty detection. Despite considerable progress, existing models either fail or face a dramatic drop under the so-called "near-distribution" setting, where the differences between normal and anomalous samples are subtle. We first demonstrate existing methods experience up to 20% decrease in performance in the near-distribution setting. Next, we propose to exploit a score-based generative model to produce synthetic near-distribution anomalous data. Our model is then fine-tuned to distinguish such data from the normal samples. We provide a quantitative as well as qualitative evaluation of this strategy, and compare the results with a variety of GAN-based models. Effectiveness of our method for both the near-distribution and standard novelty detection is assessed through extensive experiments on datasets in diverse applications such as medical images, object classification, and quality control. This reveals that our method considerably improves over existing models, and consistently decreases the gap between the near-distribution and standard novelty detection performance. The code repository is available at https://github.com/rohban-lab/FITYMI.
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在运行时检测新颖类的问题称为开放式检测，对于各种现实世界应用，例如医疗应用，自动驾驶等。在深度学习的背景下进行开放式检测涉及解决两个问题：（i）：（i）必须将输入图像映射到潜在表示中，该图像包含足够的信息来检测异常值，并且（ii）必须学习一个可以从潜在表示中提取此信息以识别异常情况的异常评分函数。深度异常检测方法的研究缓慢进展。原因之一可能是大多数论文同时引入了新的表示学习技术和新的异常评分方法。这项工作的目的是通过提供分别衡量表示学习和异常评分的有效性的方法来改善这种方法。这项工作做出了两项方法论贡献。首先是引入甲骨文异常检测的概念，以量化学习潜在表示中可用的信息。第二个是引入Oracle表示学习，该学习产生的表示形式可以保证足以准确的异常检测。这两种技术可帮助研究人员将学习表示的质量与异常评分机制的性能分开，以便他们可以调试和改善系统。这些方法还为通过更好的异常评分机制改善了多少开放类别检测提供了上限。两个牙齿的组合给出了任何开放类别检测方法可以实现的性能的上限。这项工作介绍了这两种Oracle技术，并通过将它们应用于几种领先的开放类别检测方法来演示其实用性。
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广义零射击学习（GZSL）旨在培训一个模型，以在某些输出类别在监督学习过程中未知的情况下对数据样本进行分类。为了解决这一具有挑战性的任务，GZSL利用可见的（源）和看不见的（目标）类的语义信息来弥合所见类和看不见的类之间的差距。自引入以来，已经制定了许多GZSL模型。在这篇评论论文中，我们介绍了有关GZSL的全面评论。首先，我们提供了GZSL的概述，包括问题和挑战。然后，我们为GZSL方法介绍了分层分类，并讨论了每个类别中的代表性方法。此外，我们讨论了GZSL的可用基准数据集和应用程序，以及有关研究差距和未来研究方向的讨论。
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当前，借助监督学习方法，基于深度学习的视觉检查已取得了非常成功的成功。但是，在实际的工业场景中，缺陷样本的稀缺性，注释的成本以及缺乏缺陷的先验知识可能会使基于监督的方法无效。近年来，无监督的异常定位算法已在工业检查任务中广泛使用。本文旨在通过深入学习在工业图像中无视无视的异常定位中的最新成就来帮助该领域的研究人员。该调查回顾了120多个重要出版物，其中涵盖了异常定位的各个方面，主要涵盖了所审查方法的各种概念，挑战，分类法，基准数据集和定量性能比较。在审查迄今为止的成就时，本文提供了一些未来研究方向的详细预测和分析。这篇综述为对工业异常本地化感兴趣的研究人员提供了详细的技术信息，并希望将其应用于其他领域的异常本质。
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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。
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Recent years witnessed the breakthrough of face recognition with deep convolutional neural networks. Dozens of papers in the field of FR are published every year. Some of them were applied in the industrial community and played an important role in human life such as device unlock, mobile payment, and so on. This paper provides an introduction to face recognition, including its history, pipeline, algorithms based on conventional manually designed features or deep learning, mainstream training, evaluation datasets, and related applications. We have analyzed and compared state-of-the-art works as many as possible, and also carefully designed a set of experiments to find the effect of backbone size and data distribution. This survey is a material of the tutorial named The Practical Face Recognition Technology in the Industrial World in the FG2023.
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深度异常检测已被证明是几个领域的有效和强大的方法。自我监督学习的引入极大地帮助了许多方法，包括异常检测，其中使用简单的几何变换识别任务。然而，由于它们缺乏更精细的特征，因此这些方法在细粒度问题上表现不佳，并且通常高度依赖于异常类型。在本文中，我们探讨了使用借口任务的自我监督异常检测的每个步骤。首先，我们介绍了专注于不同视觉线索的新型鉴别和生成任务。一部分拼图拼图任务侧重于结构提示，而在每个件上使用色调旋转识别进行比色法，并且执行部分重新染色任务。为了使重新着色任务更关注对象而不是在后台上关注，我们建议包括图像边界的上下文颜色信息。然后，我们介绍了一个新的分配检测功能，并与其他分配检测方法相比，突出了其更好的稳定性。随之而来，我们还试验不同的分数融合功能。最后，我们在具有经典对象识别的对象异常组成的综合异常检测协议上评估我们的方法，用细粒度分类和面部反欺骗数据集的局部分类和局部异常的样式异常。我们的模型可以更准确地学习使用这些自我监督任务的高度辨别功能。它优于最先进的最先进的相对误差改善对象异常，40％的面对反欺骗问题。
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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
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异常检测旨在识别来自正常数据分布的异常情况。该领域已经取得了许多进展，包括创新使用无监督的对比学习。然而，现有方法通常假设清洁训练数据，并且当数据包含未知异常时受限。本文介绍了一种新型半监督异常检测方法，统一了与无监督的对比学习的能源的模型的概念。 ELSA通过基于新能量函数的精心设计的微调步骤灌输对任何数据污染的鲁棒性，这些步骤迫使正常数据分为原型的类别。多种污染方案的实验表明，所提出的模型实现了SOTA性能。广泛的分析还验证了每个组件在所提出的模型中的贡献。除了实验之外，我们还提供了一种理论解释，对何对象学习独自无法检测到数据污染下的异常。
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与行业4.0的发展相一致，越来越多的关注被表面缺陷检测领域所吸引。提高效率并节省劳动力成本已稳步成为行业领域引起人们关注的问题，近年来，基于深度学习的算法比传统的视力检查方法更好。尽管现有的基于深度学习的算法偏向于监督学习，但这不仅需要大量标记的数据和大量的劳动力，而且还效率低下，并且有一定的局限性。相比之下，最近的研究表明，无监督的学习在解决视觉工业异常检测的高于缺点方面具有巨大的潜力。在这项调查中，我们总结了当前的挑战，并详细概述了最近提出的针对视觉工业异常检测的无监督算法，涵盖了五个类别，其创新点和框架详细描述了。同时，提供了包含表面图像样本的公开可用数据集的信息。通过比较不同类别的方法，总结了异常检测算法的优点和缺点。预计将协助研究社区和行业发展更广泛，更跨域的观点。
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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.
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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。
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最近，面部生物识别是对传统认证系统的方便替代的巨大关注。因此，检测恶意尝试已经发现具有重要意义，导致面部抗欺骗〜（FAS），即面部呈现攻击检测。与手工制作的功能相反，深度特色学习和技术已经承诺急剧增加FAS系统的准确性，解决了实现这种系统的真实应用的关键挑战。因此，处理更广泛的发展以及准确的模型的新研究区越来越多地引起了研究界和行业的关注。在本文中，我们为自2017年以来对与基于深度特征的FAS方法相关的文献综合调查。在这一主题上阐明，基于各种特征和学习方法的语义分类。此外，我们以时间顺序排列，其进化进展和评估标准（数据集内集和数据集互联集合中集）覆盖了FAS的主要公共数据集。最后，我们讨论了开放的研究挑战和未来方向。
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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。
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The success of machine learning algorithms generally depends on data representation, and we hypothesize that this is because different representations can entangle and hide more or less the different explanatory factors of variation behind the data. Although specific domain knowledge can be used to help design representations, learning with generic priors can also be used, and the quest for AI is motivating the design of more powerful representation-learning algorithms implementing such priors. This paper reviews recent work in the area of unsupervised feature learning and deep learning, covering advances in probabilistic models, auto-encoders, manifold learning, and deep networks. This motivates longer-term unanswered questions about the appropriate objectives for learning good representations, for computing representations (i.e., inference), and the geometrical connections between representation learning, density estimation and manifold learning.
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Deep learning has produced state-of-the-art results for a variety of tasks. While such approaches for supervised learning have performed well, they assume that training and testing data are drawn from the same distribution, which may not always be the case. As a complement to this challenge, single-source unsupervised domain adaptation can handle situations where a network is trained on labeled data from a source domain and unlabeled data from a related but different target domain with the goal of performing well at test-time on the target domain. Many single-source and typically homogeneous unsupervised deep domain adaptation approaches have thus been developed, combining the powerful, hierarchical representations from deep learning with domain adaptation to reduce reliance on potentially-costly target data labels. This survey will compare these approaches by examining alternative methods, the unique and common elements, results, and theoretical insights. We follow this with a look at application areas and open research directions.
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Time series anomaly detection has applications in a wide range of research fields and applications, including manufacturing and healthcare. The presence of anomalies can indicate novel or unexpected events, such as production faults, system defects, or heart fluttering, and is therefore of particular interest. The large size and complex patterns of time series have led researchers to develop specialised deep learning models for detecting anomalous patterns. This survey focuses on providing structured and comprehensive state-of-the-art time series anomaly detection models through the use of deep learning. It providing a taxonomy based on the factors that divide anomaly detection models into different categories. Aside from describing the basic anomaly detection technique for each category, the advantages and limitations are also discussed. Furthermore, this study includes examples of deep anomaly detection in time series across various application domains in recent years. It finally summarises open issues in research and challenges faced while adopting deep anomaly detection models.
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