The ability to dynamically adapt neural networks to newly-available data without performance deterioration would revolutionize deep learning applications. Streaming learning (i.e., learning from one data example at a time) has the potential to enable such real-time adaptation, but current approaches i) freeze a majority of network parameters during streaming and ii) are dependent upon offline, base initialization procedures over large subsets of data, which damages performance and limits applicability. To mitigate these shortcomings, we propose Cold Start Streaming Learning (CSSL), a simple, end-to-end approach for streaming learning with deep networks that uses a combination of replay and data augmentation to avoid catastrophic forgetting. Because CSSL updates all model parameters during streaming, the algorithm is capable of beginning streaming from a random initialization, making base initialization optional. Going further, the algorithm's simplicity allows theoretical convergence guarantees to be derived using analysis of the Neural Tangent Random Feature (NTRF). In experiments, we find that CSSL outperforms existing baselines for streaming learning in experiments on CIFAR100, ImageNet, and Core50 datasets. Additionally, we propose a novel multi-task streaming learning setting and show that CSSL performs favorably in this domain. Put simply, CSSL performs well and demonstrates that the complicated, multi-step training pipelines adopted by most streaming methodologies can be replaced with a simple, end-to-end learning approach without sacrificing performance.

神经网络修剪对于在预训练的密集网络架构中发现有效，高性能的子网有用。然而，更常见的是，它涉及三步过程 - 预先训练，修剪和重新训练 - 这是计算昂贵的，因为必须完全预先训练的密集模型。幸运的是，已经经过了多种作品，证明可以通过修剪发现高性能的子网，而无需完全预先训练密集网络。旨在理论上分析修剪网络表现良好的密集网络预培训量，我们发现在两层全连接网络上的SGD预训练迭代数量中发现了一个理论界限，超出了由此进行修剪贪婪的前瞻性选择产生了一个达到良好训练错误的子网。该阈值显示在对数上依赖于数据集的大小，这意味着具有较大数据集的实验需要更好地训练通过修剪以执行良好执行的子网。我们经验展示了我们在各种架构和数据集中的理论结果的有效性，包括在Mnist上培训的全连接网络以及在CIFAR10和ImageNet上培训的几个深度卷积神经网络（CNN）架构。

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.

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.

我们为神经网络提出了一种新颖，结构化修剪算法 - 迭代，稀疏结构修剪算法，称为I-Spasp。从稀疏信号恢复的思想启发，I-Spasp通过迭代地识别网络内的较大的重要参数组（例如，滤波器或神经元），这些参数组大多数对修剪和密集网络输出之间的残差贡献，然后基于这些组阈值以较小的预定定义修剪比率。对于具有Relu激活的双层和多层网络架构，我们展示了通过多项式修剪修剪诱导的错误，该衰减是基于密集网络隐藏表示的稀疏性任意大的。在我们的实验中，I-Spasp在各种数据集（即MNIST和ImageNet）和架构（即馈送前向网络，Resnet34和MobileNetv2）中进行评估，其中显示用于发现高性能的子网和改进经过几种数量级的可提供基线方法的修剪效率。简而言之，I-Spasp很容易通过自动分化实现，实现强大的经验结果，具有理论收敛保证，并且是高效的，因此将自己区分开作为少数几个计算有效，实用，实用，实用，实用，实用，实用，实用，实用和可提供的修剪算法之一。

持续学习（CL）旨在开发单一模型适应越来越多的任务的技术，从而潜在地利用跨任务的学习以资源有效的方式。 CL系统的主要挑战是灾难性的遗忘，在学习新任务时忘记了早期的任务。为了解决此问题，基于重播的CL方法在遇到遇到任务中选择的小缓冲区中维护和重复培训。我们提出梯度Coreset重放（GCR），一种新颖的重播缓冲区选择和使用仔细设计的优化标准的更新策略。具体而言，我们选择并维护一个“Coreset”，其与迄今为止关于当前模型参数的所有数据的梯度紧密近似，并讨论其有效应用于持续学习设置所需的关键策略。在学习的离线持续学习环境中，我们在最先进的最先进的最先进的持续学习环境中表现出显着的收益（2％-4％）。我们的调查结果还有效地转移到在线/流媒体CL设置，从而显示现有方法的5％。最后，我们展示了持续学习的监督对比损失的价值，当与我们的子集选择策略相结合时，累计增益高达5％。

本文研究持续学习（CL）的逐步学习（CIL）。已经提出了许多方法来处理CIL中的灾难性遗忘（CF）。大多数方法都会为单个头网络中所有任务的所有类别构建单个分类器。为了防止CF，一种流行的方法是记住以前任务中的少数样本，并在培训新任务时重播它们。但是，这种方法仍然患有严重的CF，因为在内存中仅使用有限的保存样本数量来更新或调整了先前任务的参数。本文提出了一种完全不同的方法，该方法使用变压器网络为每个任务（称为多头模型）构建一个单独的分类器（头部），称为更多。与其在内存中使用保存的样本在现有方法中更新以前的任务/类的网络，不如利用保存的样本来构建特定任务分类器（添加新的分类头），而无需更新用于先前任务/类的网络。新任务的模型经过培训，可以学习任务的类别，并且还可以检测到不是从相同数据分布（即，均分布（OOD））的样本。这使测试实例属于的任务的分类器能够为正确的类产生高分，而其他任务的分类器可以产生低分，因为测试实例不是来自这些分类器的数据分布。实验结果表明，更多的表现优于最先进的基线，并且自然能够在持续学习环境中进行OOD检测。

现代ML方法在培训数据是IID，大规模和良好标记的时候Excel。在不太理想的条件下学习仍然是一个开放的挑战。在不利条件下，几次射击，持续的，转移和代表学习的子场在学习中取得了很大的进步;通过方法和见解，每个都提供了独特的优势。这些方法解决了不同的挑战，例如依次到达的数据或稀缺的训练示例，然而，在部署之前，ML系统将面临困难的条件。因此，需要可以处理实际设置中许多学习挑战的一般ML系统。为了促进一般ML方法目标的研究，我们介绍了一个新的统一评估框架 - 流体（灵活的顺序数据）。流体集成了几次拍摄，持续的，转移和表示学习的目标，同时能够比较和整合这些子场的技术。在流体中，学习者面临数据流，并且必须在选择如何更新自身时进行顺序预测，快速调整到新颖的类别，并处理更改的数据分布;虽然会计计算总额。我们对广泛的方法进行实验，这些方法阐述了新的洞察当前解决方案的优缺点并表明解决了新的研究问题。作为更一般方法的起点，我们展示了两种新的基线，其在流体上优于其他评估的方法。项目页面：https：//raivn.cs.washington.edu/projects/fluid/。

人类智慧的主食是以不断的方式获取知识的能力。在Stark对比度下，深网络忘记灾难性，而且为此原因，类增量连续学习促进方法的子字段逐步学习一系列任务，将顺序获得的知识混合成综合预测。这项工作旨在评估和克服我们以前提案黑暗体验重播（Der）的陷阱，这是一种简单有效的方法，将排练和知识蒸馏结合在一起。灵感来自于我们的思想不断重写过去的回忆和对未来的期望，我们赋予了我的能力，即我的能力来修改其重播记忆，以欢迎有关过去数据II的新信息II）为学习尚未公开的课程铺平了道路。我们表明，这些策略的应用导致了显着的改进;实际上，得到的方法 - 被称为扩展-DAR（X-DER） - 优于标准基准（如CiFar-100和MiniimAgeNet）的技术状态，并且这里引入了一个新颖的。为了更好地了解，我们进一步提供了广泛的消融研究，以证实并扩展了我们以前研究的结果（例如，在持续学习设置中知识蒸馏和漂流最小值的价值）。

差异隐私（DP）提供了正式的隐私保证，以防止对手可以访问机器学习模型，从而从提取有关单个培训点的信息。最受欢迎的DP训练方法是差异私有随机梯度下降（DP-SGD），它通过在训练过程中注入噪声来实现这种保护。然而，以前的工作发现，DP-SGD通常会导致标准图像分类基准的性能显着降解。此外，一些作者假设DP-SGD在大型模型上固有地表现不佳，因为保留隐私所需的噪声规范与模型维度成正比。相反，我们证明了过度参数化模型上的DP-SGD可以比以前想象的要好得多。将仔细的超参数调整与简单技术结合起来，以确保信号传播并提高收敛速率，我们获得了新的SOTA，而没有额外数据的CIFAR-10，在81.4％的81.4％下（8，10^{ - 5}） - 使用40 -layer wide-Resnet，比以前的SOTA提高了71.7％。当对预训练的NFNET-F3进行微调时，我们在ImageNet（0.5，8*10^{ - 7}）下达到了83.8％的TOP-1精度。此外，我们还在（8，8 \ cdot 10^{ - 7}）下达到了86.7％的TOP-1精度，DP仅比当前的非私人SOTA仅4.3％。我们认为，我们的结果是缩小私人图像分类和非私有图像分类之间准确性差距的重要一步。

Lack of performance when it comes to continual learning over non-stationary distributions of data remains a major challenge in scaling neural network learning to more human realistic settings. In this work we propose a new conceptualization of the continual learning problem in terms of a temporally symmetric trade-off between transfer and interference that can be optimized by enforcing gradient alignment across examples. We then propose a new algorithm, Meta-Experience Replay (MER), that directly exploits this view by combining experience replay with optimization based meta-learning. This method learns parameters that make interference based on future gradients less likely and transfer based on future gradients more likely. 1 We conduct experiments across continual lifelong supervised learning benchmarks and non-stationary reinforcement learning environments demonstrating that our approach consistently outperforms recently proposed baselines for continual learning. Our experiments show that the gap between the performance of MER and baseline algorithms grows both as the environment gets more non-stationary and as the fraction of the total experiences stored gets smaller.

In continual learning (CL), the goal is to design models that can learn a sequence of tasks without catastrophic forgetting. While there is a rich set of techniques for CL, relatively little understanding exists on how representations built by previous tasks benefit new tasks that are added to the network. To address this, we study the problem of continual representation learning (CRL) where we learn an evolving representation as new tasks arrive. Focusing on zero-forgetting methods where tasks are embedded in subnetworks (e.g., PackNet), we first provide experiments demonstrating CRL can significantly boost sample efficiency when learning new tasks. To explain this, we establish theoretical guarantees for CRL by providing sample complexity and generalization error bounds for new tasks by formalizing the statistical benefits of previously-learned representations. Our analysis and experiments also highlight the importance of the order in which we learn the tasks. Specifically, we show that CL benefits if the initial tasks have large sample size and high "representation diversity". Diversity ensures that adding new tasks incurs small representation mismatch and can be learned with few samples while training only few additional nonzero weights. Finally, we ask whether one can ensure each task subnetwork to be efficient during inference time while retaining the benefits of representation learning. To this end, we propose an inference-efficient variation of PackNet called Efficient Sparse PackNet (ESPN) which employs joint channel & weight pruning. ESPN embeds tasks in channel-sparse subnets requiring up to 80% less FLOPs to compute while approximately retaining accuracy and is very competitive with a variety of baselines. In summary, this work takes a step towards data and compute-efficient CL with a representation learning perspective. GitHub page: https://github.com/ucr-optml/CtRL

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

持续学习（CL）被广泛认为是终身AI的关键挑战。但是，现有的CLENG分类，例如置换式和拆分式剪裁，利用人工时间变化，不与现实世界一致或不一致。在本文中，我们介绍了Clear，这是第一个连续的图像分类基准数据集，其在现实世界中具有自然的视觉概念的时间演变，它跨越了十年（2004-2014）。我们通过现有的大规模图像集（YFCC100M）清楚地清楚地通过一种新颖且可扩展的低成本方法来进行粘性语言数据集策划。我们的管道利用了预处理的视觉语言模型（例如剪辑）来互动地构建标记的数据集，这些数据集通过众包进一步验证以删除错误甚至不适当的图像（隐藏在原始YFCC100M中）。在先前的CLENMACK上，明确的主要优势是具有现实世界图像的视觉概念的平滑时间演变，包括每个时间段的高质量标记数据以及丰富的未标记样本，用于连续半惯用的学习。我们发现，一个简单的无监督预训练步骤已经可以提高只能利用完全监督数据的最新CL算法。我们的分析还表明，主流CL评估方案训练和测试IID数据人为膨胀CL系统的性能。为了解决这个问题，我们为CL提出了新颖的“流”协议，该协议始终在（近）未来测试。有趣的是，流媒体协议（a）可以简化数据集策划，因为当今的测试集可以重新用于明天的火车集，并且（b）可以生成更具概括性的模型，具有更准确的性能估算，因为每个时间段的所有标记数据都用于培训和培训，并且测试（与经典的IID火车测试拆分不同）。

预训练的代表是现代深度学习成功的关键要素之一。但是，现有的关于持续学习方法的作品主要集中在从头开始逐步学习学习模型。在本文中，我们探讨了一个替代框架，以逐步学习，我们不断从预训练的表示中微调模型。我们的方法利用了预训练的神经网络的线性化技术来进行简单有效的持续学习。我们表明，这使我们能够设计一个线性模型，其中将二次参数正则方法作为最佳持续学习策略，同时享受神经网络的高性能。我们还表明，所提出的算法使参数正则化方法适用于类新问题。此外，我们还提供了一个理论原因，为什么在接受跨凝结损失训练的神经网络上，现有的参数空间正则化算法（例如EWC表现不佳）。我们表明，提出的方法可以防止忘记，同时在图像分类任务上实现高连续的微调性能。为了证明我们的方法可以应用于一般的持续学习设置，我们评估了我们在数据收入，任务收入和课堂学习问题方面的方法。

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。

人类的持续学习（CL）能力与稳定性与可塑性困境密切相关，描述了人类如何实现持续的学习能力和保存的学习信息。自发育以来，CL的概念始终存在于人工智能（AI）中。本文提出了对CL的全面审查。与之前的评论不同，主要关注CL中的灾难性遗忘现象，本文根据稳定性与可塑性机制的宏观视角来调查CL。类似于生物对应物，“智能”AI代理商应该是I）记住以前学到的信息（信息回流）; ii）不断推断新信息（信息浏览:); iii）转移有用的信息（信息转移），以实现高级CL。根据分类学，评估度量，算法，应用以及一些打开问题。我们的主要贡献涉及I）从人工综合情报层面重新检查CL; ii）在CL主题提供详细和广泛的概述; iii）提出一些关于CL潜在发展的新颖思路。

对于新应用程序，例如家庭机器人，智能手机的用户个性化以及增强/虚拟现实耳机，需要实时的持续学习持续学习。但是，此设置构成了独特的挑战：嵌入式设备的内存和计算能力有限，并且在非平稳数据流进行更新时，灾难性遗忘的常规机器学习模型会遭受损失。尽管已经开发了几种在线持续学习模型，但它们对嵌入式应用程序的有效性尚未进行严格研究。在本文中，我们首先确定在线持续学习者必须满足以有效执行实时，设备学习的标准。然后，当与移动神经网络一起使用时，我们研究了几种在线连续学习方法的功效。我们衡量他们的性能，内存使用情况，计算要求以及将其推广到分类外输入的能力。

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。

无监督的终身学习是指随着时间的流逝学习的能力，同时在没有监督的情况下记住以前的模式。以前的作品假设了有关传入数据（例如，了解类边界）的强大先验知识，这些数据是在复杂且不可预测的环境中无法获得的。在本文中，以现实世界情景的启发，我们通过类外的流媒体数据正式定义了在线无监督的终身学习问题，该数据是非IID和单次通道。由于缺乏标签和先验知识，该问题比现有的终身学习问题更具挑战性。为了解决这个问题，我们提出了自我监督的对比终身学习（比例），该学习提取并记住了知识。规模围绕三个主要组成部分进行设计：伪监督的对比损失，自我监督的遗忘损失以及统一子集选择的在线记忆更新。这三个组件旨在协作以最大程度地提高学习表现。我们的损失功能利用成对相似性，因此消除了对监督或先验知识的依赖。我们在IID和四个非IID数据流下进行了全面的规模实验。在所有设置上，缩放量优于最佳最新算法，在CIFAR-10，CIFAR-100和Subimagenet数据集上，提高了高达6.43％，5.23％和5.86％的KNN精度。