大规模预训练的快速开发导致基础模型可以充当各种下游任务和领域的有效提取器。在此激励的情况下，我们研究了预训练的视觉模型的功效，作为下游持续学习（CL）场景的基础。我们的目标是双重的。首先，我们想了解RAW-DATA空间中CL和预训练编码器的潜在空间之间CL之间的计算准确性权衡。其次，我们研究编码器的特征，训练算法和数据以及所得的潜在空间如何影响CL性能。为此，我们将各种预训练的模型在大规模基准测试方案中的功效与在潜在和原始数据空间中应用的香草重播设置的功效。值得注意的是，这项研究表明了转移，遗忘，任务相似性和学习如何取决于输入数据特征，而不一定取决于CL算法。首先，我们表明，在某些情况下，通过可忽略的计算中的非参数分类器可以很容易地实现合理的CL性能。然后，我们展示模型如何在更广泛的数据上进行预训练，从而为各种重播大小提供更好的性能。我们以这些表示形式的代表性相似性和传递属性来解释这一点。最后，与训练域相比，我们显示了自我监督预训练对下游域的有效性。我们指出并验证了几个研究方向，这些方向可以进一步提高潜在CL的功效，包括表示结合。本研究中使用的各种数据集可以用作进一步CL研究的计算效率游乐场。该代码库可在https://github.com/oleksost/latent_cl下获得。

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.

当自我监督的模型已经显示出比在规模上未标记的数据训练的情况下的监督对方的可比视觉表现。然而，它们的功效在持续的学习（CL）场景中灾难性地减少，其中数据被顺序地向模型呈现给模型。在本文中，我们表明，通过添加将表示的当前状态映射到其过去状态，可以通过添加预测的网络来无缝地转换为CL的蒸馏机制。这使我们能够制定一个持续自我监督的视觉表示的框架，学习（i）显着提高了学习象征的质量，（ii）与若干最先进的自我监督目标兼容（III）几乎没有近似参数调整。我们通过在各种CL设置中培训六种受欢迎的自我监督模型来证明我们的方法的有效性。

已知应用于任务序列的标准梯度下降算法可在深层神经网络中产生灾难性遗忘。当对序列中的新任务进行培训时，该模型会在当前任务上更新其参数，从而忘记过去的知识。本文探讨了我们在有限环境中扩展任务数量的方案。这些方案由与重复数据的长期任务组成。我们表明，在这种情况下，随机梯度下降可以学习，进步并融合到根据现有文献需要持续学习算法的解决方案。换句话说，我们表明该模型在没有特定的记忆机制的情况下执行知识保留和积累。我们提出了一个新的实验框架，即Scole（缩放量表），以研究在潜在无限序列中的知识保留和算法的积累。为了探索此设置，我们对1,000个任务的序列进行了大量实验，以更好地了解这种新的设置家庭。我们还提出了对香草随机梯度下降的轻微修改，以促进这种情况下的持续学习。 SCOLE框架代表了对实用训练环境的良好模拟，并允许长序列研究收敛行为。我们的实验表明，在短方案上以前的结果不能总是推断为更长的场景。

我们研究深度神经网络中不同的输出层如何学习并忘记在持续的学习环境中。以下三个因素可能会影响输出层中的灾难性忘记：（1）权重修改，（2）干扰和（3）投影漂移。在本文中，我们的目标是提供更多关于如何改变输出层可以解决（1）和（2）的洞察。在几个连续学习情景中提出并评估了这些问题的一些潜在解决方案。我们表明，最佳执行类型的输出层取决于数据分布漂移和/或可用数据量。特别地，在某些情况下，在某些情况下，标准线性层将失败，结果改变参数化是足够的，以便实现显着更好的性能，从而引入持续学习算法，而是使用标准SGD训练模型。我们的分析和结果在连续学习场景中输出层动态的阐明，并表明了一种选择给定场景的最佳输出层的方法。

模块化是持续学习（CL）的令人信服的解决方案，是相关任务建模的问题。学习和组合模块来解决不同的任务提供了一种抽象来解决CL的主要挑战，包括灾难性的遗忘，向后和向前传输跨任务以及子线性模型的增长。我们引入本地模块组成（LMC），该方法是模块化CL的方法，其中每个模块都提供了局部结构组件，其估计模块与输入的相关性。基于本地相关评分进行动态模块组合。我们展示了对任务身份（IDS）的不可知性来自（本地）结构学习，该结构学习是特定于模块和/或模型特定于以前的作品，使LMC适用于与以前的作品相比的更多CL设置。此外，LMC还跟踪输入分布的统计信息，并在检测到异常样本时添加新模块。在第一组实验中，LMC与最近的持续转移学习基准上的现有方法相比，不需要任务标识。在另一个研究中，我们表明结构学习的局部性允许LMC插入相关但未遵守的任务（OOD），以及在不同任务序列上独立于不同的任务序列培训的模块化网络，而无需任何微调。最后，在寻找LMC的限制，我们在30和100个任务的更具挑战性序列上研究它，展示了本地模块选择在存在大量候选模块时变得更具挑战性。在此设置中，与Oracle基准的基线相比，最佳执行LMC产生的模块更少，但它达到了较低的总体精度。 CodeBase可在https://github.com/oleksost/lmc下找到。

先前的关于自我监督预训练的研究重点是联合培训方案，在该场景中，假定大量未标记的数据一次性地将其作为输入，只有那时才受过培训的学习者。不幸的是，这种问题设置通常是不切实际的，即使不是不可行的，因为许多现实世界的任务依赖于顺序学习，例如，数据是以流方式分散或收集的。在本文中，我们对通过流数据进行了对自我监督的预训练进行了首次彻底而专门的研究，旨在阐明这种被忽视的设置下的模型行为。具体而言，我们在来自ImageNet和域内的四类预训练流数据数据上预先培训超过500个模型，并在三种类型的下游任务和12个不同的下游数据集上对其进行评估。我们的研究表明，以某种方式超出了我们的期望，通过简单的数据重播或参数正则化，顺序的自我监督预训练的预训练证明是联合预训练的有效替代方法，因为前者的性能主要与这些培训相同后者。此外，灾难性的遗忘是顺序监督学习中的一个常见问题，在顺序的自学学习（SSL）中得到了极大的缓解，这是通过我们对损失景观中最小值的表示和敏锐度的全面经验分析来很好地证明的。因此，我们的发现表明，在实践中，对于SSL，可以主要通过顺序学习来代替繁琐的联合培训，这反过来又可以更广泛的潜在应用方案。

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/。

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）。

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。

持续学习旨在使单个模型能够学习一系列任务，而不会造成灾难性的遗忘。表现最好的方法通常需要排练缓冲区来存储过去的原始示例以进行经验重播，但是，由于隐私和内存约束，这会限制其实际价值。在这项工作中，我们提出了一个简单而有效的框架，即DualPrompt，该框架学习了一组称为提示的参数，以正确指示预先训练的模型，以依次学习到达的任务，而不会缓冲过去的示例。 DualPrompt提出了一种新颖的方法，可以将互补提示附加到预训练的主链上，然后将目标提出为学习任务不变和特定于任务的“指令”。通过广泛的实验验证，双启示始终在具有挑战性的课堂开发环境下始终设置最先进的表现。尤其是，双启示的表现优于最近的高级持续学习方法，其缓冲尺寸相对较大。我们还引入了一个更具挑战性的基准Split Imagenet-R，以帮助概括无连续的持续学习研究。源代码可在https://github.com/google-research/l2p上找到。

State-of-the-art computer vision systems are trained to predict a fixed set of predetermined object categories. This restricted form of supervision limits their generality and usability since additional labeled data is needed to specify any other visual concept. Learning directly from raw text about images is a promising alternative which leverages a much broader source of supervision. We demonstrate that the simple pre-training task of predicting which caption goes with which image is an efficient and scalable way to learn SOTA image representations from scratch on a dataset of 400 million (image, text) pairs collected from the internet. After pre-training, natural language is used to reference learned visual concepts (or describe new ones) enabling zero-shot transfer of the model to downstream tasks. We study the performance of this approach by benchmarking on over 30 different existing computer vision datasets, spanning tasks such as OCR, action recognition in videos, geo-localization, and many types of fine-grained object classification. The model transfers non-trivially to most tasks and is often competitive with a fully supervised baseline without the need for any dataset specific training. For instance, we match the accuracy of the original ResNet-50 on ImageNet zero-shot without needing to use any of the 1.28 million training examples it was trained on. We release our code and pre-trained model weights at https://github.com/OpenAI/CLIP.

Despite significant advances, the performance of state-of-the-art continual learning approaches hinges on the unrealistic scenario of fully labeled data. In this paper, we tackle this challenge and propose an approach for continual semi-supervised learning -- a setting where not all the data samples are labeled. An underlying issue in this scenario is the model forgetting representations of unlabeled data and overfitting the labeled ones. We leverage the power of nearest-neighbor classifiers to non-linearly partition the feature space and learn a strong representation for the current task, as well as distill relevant information from previous tasks. We perform a thorough experimental evaluation and show that our method outperforms all the existing approaches by large margins, setting a strong state of the art on the continual semi-supervised learning paradigm. For example, on CIFAR100 we surpass several others even when using at least 30 times less supervision (0.8% vs. 25% of annotations).

在许多实际情况下，随着时间的推移，用于训练机器学习模型的数据将获得。但是，神经网络模型努力不断学习新概念，而不会忘记过去学到了什么。这种现象被称为灾难性的遗忘，由于实际的约束，通常很难预防，例如可以存储的数据量或可以使用的有限计算源。此外，从头开始培训大型神经网络，例如变形金刚，非常昂贵，需要大量的培训数据，这可能在感兴趣的应用程序领域中不可用。最近的趋势表明，基于参数扩展的动态体系结构可以在持续学习中有效地减少灾难性遗忘，但是这种需要复杂的调整以平衡不断增长的参数，并且几乎无法在任务中共享任何信息。结果，他们难以扩展到没有大量开销的大量任务。在本文中，我们在计算机视觉域中验证了一种最新的解决方案，称为适配器的自适应蒸馏（ADA），该解决方案是为了使用预先训练的变压器和适配器在文本分类任务上进行连续学习。我们在不同的分类任务上进行了经验证明，此方法在不进行模型或增加模型参数数量的情况下保持良好的预测性能。此外，与最先进的方法相比，推理时间的速度明显更快。

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。

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.

Does the dominant approach to learn representations (as a side effect of optimizing an expected cost for a single training distribution) remain a good approach when we are dealing with multiple distributions. Our thesis is that such scenarios are better served by representations that are "richer" than those obtained with a single optimization episode. This is supported by a collection of empirical results obtained with an apparently na\"ive ensembling technique: concatenating the representations obtained with multiple training episodes using the same data, model, algorithm, and hyper-parameters, but different random seeds. These independently trained networks perform similarly. Yet, in a number of scenarios involving new distributions, the concatenated representation performs substantially better than an equivalently sized network trained from scratch. This proves that the representations constructed by multiple training episodes are in fact different. Although their concatenation carries little additional information about the training task under the training distribution, it becomes substantially more informative when tasks or distributions change. Meanwhile, a single training episode is unlikely to yield such a redundant representation because the optimization process has no reason to accumulate features that do not incrementally improve the training performance.

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）。

深层神经网络由于灾难性忘记了以前学习的任务而难以不断学习多个顺序任务。基于排练的方法将以前的任务样本明确存储在缓冲区中，并将其与当前的任务样本交​​织在一起，这被证明是缓解遗忘的最有效的方法。但是，由于其性能与缓冲区的大小相称，因此在低缓冲机制和更长的任务序列下，经验重播（ER）表现不佳。软目标预测的一致性可以帮助ER保存与先前任务有关的信息，因为软目标捕获了数据的丰富相似性结构。因此，我们研究了在各种持续学习方案下，一致性正则化在ER框架中的作用。我们还建议将一致性正规化作为一个自制的借口任务，从而使使用各种自我监督的学习方法作为正规化者。同时增强了对自然腐败的模型校准和鲁棒性，但规范预测的一致性会导致在所有持续学习场景中遗忘。在不同的正规化家族中，我们发现更严格的一致性约束可以更好地保留先前的任务信息。

对非平稳数据流的持续学习（CL）仍然是深层神经网络（DNN）的长期挑战之一，因为它们容易出现灾难性的遗忘。 CL模型可以从自我监督的预训练中受益，因为它可以学习更具概括性的任务不可能的功能。但是，随着任务序列的长度的增加，自我监督的预训练的影响会减少。此外，域前训练数据分布和任务分布之间的域转移降低了学习表示的普遍性。为了解决这些局限性，我们建议任务不可知代表合并（TARC），这是CL的两阶段培训范式，它交织了任务 - 诺斯局和特定于任务的学习，从而自欺欺人的培训，然后为每个任务进行监督学习。为了进一步限制在自我监督阶段的偏差，我们在监督阶段采用了任务不可屈服的辅助损失。我们表明，我们的培训范式可以轻松地添加到基于内存或正则化的方法中，并在更具挑战性的CL设置中提供一致的性能增长。我们进一步表明，它导致更健壮和校准的模型。