Data augmentation (DA) is a widely used technique for enhancing the training of deep neural networks. Recent DA techniques which achieve state-of-the-art performance always meet the need for diversity in augmented training samples. However, an augmentation strategy that has a high diversity usually introduces out-of-distribution (OOD) augmented samples and these samples consequently impair the performance. To alleviate this issue, we propose ReSmooth, a framework that firstly detects OOD samples in augmented samples and then leverages them. To be specific, we first use a Gaussian mixture model to fit the loss distribution of both the original and augmented samples and accordingly split these samples into in-distribution (ID) samples and OOD samples. Then we start a new training where ID and OOD samples are incorporated with different smooth labels. By treating ID samples and OOD samples unequally, we can make better use of the diverse augmented data. Further, we incorporate our ReSmooth framework with negative data augmentation strategies. By properly handling their intentionally created OOD samples, the classification performance of negative data augmentations is largely ameliorated. Experiments on several classification benchmarks show that ReSmooth can be easily extended to existing augmentation strategies (such as RandAugment, rotate, and jigsaw) and improve on them. Our code is available at https://github.com/Chenyang4/ReSmooth.

近年来，计算机视觉社区中最受欢迎的技术之一就是深度学习技术。作为一种数据驱动的技术，深层模型需要大量准确标记的培训数据，这在许多现实世界中通常是无法访问的。数据空间解决方案是数据增强（DA），可以人为地从原始样本中生成新图像。图像增强策略可能因数据集而有所不同，因为不同的数据类型可能需要不同的增强以促进模型培训。但是，DA策略的设计主要由具有领域知识的人类专家决定，这被认为是高度主观和错误的。为了减轻此类问题，一个新颖的方向是使用自动数据增强（AUTODA）技术自动从给定数据集中学习图像增强策略。 Autoda模型的目的是找到可以最大化模型性能提高的最佳DA策略。这项调查从图像分类的角度讨论了Autoda技术出现的根本原因。我们确定标准自动赛车模型的三个关键组件：搜索空间，搜索算法和评估功能。根据他们的架构，我们提供了现有图像AUTODA方法的系统分类法。本文介绍了Autoda领域的主要作品，讨论了他们的利弊，并提出了一些潜在的方向以进行未来的改进。

最近，可以证明，部署适当的自学意义是增强监督学习表现的前瞻性方法。然而，由于以前的借口任务专门用于无监督的代表学习，因此并未完全利用自我意识的好处。为此，我们首先为此类辅助任务提供三个理想的属性，以协助监督目标。首先，任务需要指导模型学习丰富的功能。其次，涉及的自我规定的转换不应显着改变训练分布。第三，任务是对先前艺术的高适用性的轻便和通用。随后，为了展示现有的借口任务如何实现这些任务并针对监督学习量身定制，我们提出了一个简单的辅助自学任务，可以预测可本地化的旋转（LOROT）。我们的详尽实验验证了洛洛特（Lorot）的优点，这是根据稳健性和概括能力为监督学习量身定制的借口任务。我们的代码可在https://github.com/wjun0830/localizable-rotation上找到。

当分布（ID）样品与分布外（OOD）样本之间存在差异时，对ID样品进行训练的深神经网络遭受了OOD样品的高信心预测。这主要是由无法使用的OOD样品引起的，以限制培训过程中的网络。为了提高深网的OOD敏感性，几种最先进的方法将其他现实世界数据集的样本作为OOD样本引入训练过程，并将手动确定的标签分配给这些OOD样本。但是，他们牺牲了分类准确性，因为OOD样品的不可靠标记会破坏ID分类。为了平衡ID的概括和OOD检测，要解决的主要挑战是使OOD样本与ID兼容，这在本文中由我们提议的\ textit {监督适应}方法解决，以定义OOD样本的适应性监督信息。首先，通过通过共同信息来测量ID样本及其标签之间的依赖关系，我们根据所有类别的负概率揭示了监督信息的形式。其次，在通过解决多个二进制回归问题来探索ID和OOD样本之间的数据相关性之后，我们估算了监督信息以使ID类更可分离。我们使用两个ID数据集和11个OOD数据集对四个高级网络体系结构进行实验，以证明我们的监督适应方法在实现ID分类能力和OOD检测能力方面的平衡效果。

异常检测任务在AI安全中起着至关重要的作用。处理这项任务存在巨大的挑战。观察结果表明，深度神经网络分类器通常倾向于以高信心将分布（OOD）输入分为分配类别。现有的工作试图通过在培训期间向分类器暴露于分类器时明确对分类器施加不确定性来解决问题。在本文中，我们提出了一种替代概率范式，该范式实际上对OOD检测任务既有用，又可行。特别是，我们在培训过程中施加了近距离和离群数据之间的统计独立性，以确保inlier数据在培训期间向深度估计器显示有关OOD数据的信息很少。具体而言，我们通过Hilbert-Schmidt独立标准（HSIC）估算了Inlier和离群数据之间的统计依赖性，并在培训期间对此类度量进行了惩罚。我们还将方法与推理期间的新型统计测试相关联，加上我们的原则动机。经验结果表明，我们的方法对各种基准测试的OOD检测是有效且可靠的。与SOTA模型相比，我们的方法在FPR95，AUROC和AUPR指标方面取得了重大改进。代码可用：\ url {https://github.com/jylins/hone}。

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。

The core issue in semi-supervised learning (SSL) lies in how to effectively leverage unlabeled data, whereas most existing methods tend to put a great emphasis on the utilization of high-confidence samples yet seldom fully explore the usage of low-confidence samples. In this paper, we aim to utilize low-confidence samples in a novel way with our proposed mutex-based consistency regularization, namely MutexMatch. Specifically, the high-confidence samples are required to exactly predict "what it is" by conventional True-Positive Classifier, while the low-confidence samples are employed to achieve a simpler goal -- to predict with ease "what it is not" by True-Negative Classifier. In this sense, we not only mitigate the pseudo-labeling errors but also make full use of the low-confidence unlabeled data by consistency of dissimilarity degree. MutexMatch achieves superior performance on multiple benchmark datasets, i.e., CIFAR-10, CIFAR-100, SVHN, STL-10, mini-ImageNet and Tiny-ImageNet. More importantly, our method further shows superiority when the amount of labeled data is scarce, e.g., 92.23% accuracy with only 20 labeled data on CIFAR-10. Our code and model weights have been released at https://github.com/NJUyued/MutexMatch4SSL.

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。

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.

已知神经网络在输入图像上产生过度自信的预测，即使这些图像不存在（OOD）样本。这限制了神经网络模型在存在OOD样本的实际场景中的应用。许多现有方法通过利用各种提示来确定OOD实例，例如在特征空间，逻辑空间，梯度空间或图像的原始空间中查找不规则模式。相反，本文提出了一种简单的测试时间线性训练（ETLT）用于OOD检测方法。从经验上讲，我们发现输入图像的概率不存在，与神经网络提取的功能令人惊讶地线性相关。具体来说，许多最先进的OOD算法虽然旨在以不同的方式衡量可靠性，但实际上导致OOD得分主要与其图像特征线性相关。因此，通过简单地学习从配对图像特征训练并在测试时间推断的OOD分数的线性回归模型，我们可以为测试实例做出更精确的OOD预测。我们进一步提出了该方法的在线变体，该变体可以实现有希望的性能，并且在现实世界中更为实用。值得注意的是，我们将FPR95从$ 51.37 \％$提高到CIFAR-10数据集的$ 12.30 \％$，最大的SoftMax概率是基本的OOD检测器。在几个基准数据集上进行的广泛实验显示了ETLT对OOD检测任务的功效。

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。

当训练数据集患有极端阶级失衡时，深度神经网络通常会表现不佳。最近的研究发现，以半监督的方式直接使用分布外数据（即开放式样本）培训将损害概括性能。在这项工作中，我们从理论上表明，从贝叶斯的角度来看，仍然可以利用分发数据来扩大少数群体。基于这种动机，我们提出了一种称为开放采样的新方法，该方法利用开放式嘈杂标签重新平衡培训数据集的班级先验。对于每个开放式实例，标签是​​从我们的预定义分布中取样的，该分布互补，与原始类先验的分布互补。我们从经验上表明，开放采样不仅可以重新平衡阶级先验，还鼓励神经网络学习可分离的表示。广泛的实验表明，我们提出的方法显着优于现有数据重新平衡方法，并可以提高现有最新方法的性能。

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.

应付嘈杂标签的大多数现有方法通常假定类别分布良好，因此无法应对训练样本不平衡分布的实际情况的能力不足。为此，本文尽早努力通过长尾分配和标签噪声来解决图像分类任务。在这种情况下，现有的噪声学习方法无法正常工作，因为将噪声样本与干净的尾巴类别的样本区分开来是具有挑战性的。为了解决这个问题，我们提出了一个新的学习范式，基于对弱数据和强数据扩展的推论，以筛选嘈杂的样本，并引入休假散布的正则化，以消除公认的嘈杂样本的效果。此外，我们基于在线先验分布中纳入了一种新颖的预测惩罚，以避免对头等阶层的偏见。与现有的长尾分类方法相比，这种机制在实时捕获班级拟合度方面具有优越性。详尽的实验表明，所提出的方法优于解决噪声标签下长尾分类中分布不平衡问题的最先进算法。

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

Semi-supervised learning lately has shown much promise in improving deep learning models when labeled data is scarce. Common among recent approaches is the use of consistency training on a large amount of unlabeled data to constrain model predictions to be invariant to input noise. In this work, we present a new perspective on how to effectively noise unlabeled examples and argue that the quality of noising, specifically those produced by advanced data augmentation methods, plays a crucial role in semi-supervised learning. By substituting simple noising operations with advanced data augmentation methods such as RandAugment and back-translation, our method brings substantial improvements across six language and three vision tasks under the same consistency training framework. On the IMDb text classification dataset, with only 20 labeled examples, our method achieves an error rate of 4.20, outperforming the state-of-the-art model trained on 25,000 labeled examples. On a standard semi-supervised learning benchmark, CIFAR-10, our method outperforms all previous approaches and achieves an error rate of 5.43 with only 250 examples. Our method also combines well with transfer learning, e.g., when finetuning from BERT, and yields improvements in high-data regime, such as ImageNet, whether when there is only 10% labeled data or when a full labeled set with 1.3M extra unlabeled examples is used. 1

近年来，已取得了巨大进展，以通过半监督学习（SSL）来纳入未标记的数据来克服效率低下的监督问题。大多数最先进的模型是基于对未标记的数据追求一致的模型预测的想法，该模型被称为输入噪声，这称为一致性正则化。尽管如此，对其成功的原因缺乏理论上的见解。为了弥合理论和实际结果之间的差距，我们在本文中提出了SSL的最坏情况一致性正则化技术。具体而言，我们首先提出了针对SSL的概括，该概括由分别在标记和未标记的训练数据上观察到的经验损失项组成。在这种界限的激励下，我们得出了一个SSL目标，该目标可最大程度地减少原始未标记的样本与其多重增强变体之间最大的不一致性。然后，我们提供了一种简单但有效的算法来解决提出的最小问题，从理论上证明它会收敛到固定点。五个流行基准数据集的实验验证了我们提出的方法的有效性。

常规监督学习或分类的主要假设是，测试样本是从与训练样本相同的分布中得出的，该样本称为封闭设置学习或分类。在许多实际情况下，事实并非如此，因为测试数据中有未知数或看不见的类样本，这称为“开放式”方案，需要检测到未知数。该问题称为开放式识别问题，在安全至关重要的应用中很重要。我们建议通过学习成对相似性来检测未知数（或看不见的类样本）。提出的方法分为两个步骤。它首先使用培训中出现的所见类学习了一个封闭的集体分类器，然后学习如何将看到的类与伪单人（自动生成的看不见的类样本）进行比较。伪无表情的一代是通过对可见或训练样品进行分配转换增加而进行的。我们称我们的方法OPG（基于伪看不见的数据生成开放式识别）。实验评估表明，基于相似性的功能可以成功区分基准数据集中的未见特征，以进行开放式识别。

使用嘈杂的标签学习是一场实际上有挑战性的弱势监督。在现有文献中，开放式噪声总是被认为是有毒的泛化，类似于封闭式噪音。在本文中，我们经验证明，开放式嘈杂标签可能是无毒的，甚至有利于对固有的嘈杂标签的鲁棒性。灵感来自观察，我们提出了一种简单而有效的正则化，通过将具有动态噪声标签（ODNL）引入培训的开放式样本。使用ODNL，神经网络的额外容量可以在很大程度上以不干扰来自清洁数据的学习模式的方式消耗。通过SGD噪声的镜头，我们表明我们的方法引起的噪音是随机方向，无偏向，这可能有助于模型收敛到最小的最小值，具有卓越的稳定性，并强制执行模型以产生保守预测-of-分配实例。具有各种类型噪声标签的基准数据集的广泛实验结果表明，所提出的方法不仅提高了许多现有的强大算法的性能，而且即使在标签噪声设置中也能实现分配异点检测任务的显着改进。

长期以来，半监督学习（SSL）已被证明是一种有限的标签模型的有效技术。在现有的文献中，基于一致性的基于正则化的方法，这些方法迫使扰动样本具有类似的预测，而原始的样本则引起了极大的关注。但是，我们观察到，当标签变得极为有限时，例如，每个类别的2或3标签时，此类方法的性能会大大降低。我们的实证研究发现，主要问题在于语义信息在数据增强过程中的漂移。当提供足够的监督时，可以缓解问题。但是，如果几乎没有指导，错误的正则化将误导网络并破坏算法的性能。为了解决该问题，我们（1）提出了一种基于插值的方法来构建更可靠的正样品对； （2）设计一种新颖的对比损失，以指导学习网络的嵌入以在样品之间进行线性更改，从而通过扩大保证金决策边界来提高网络的歧视能力。由于未引入破坏性正则化，因此我们提出的算法的性能在很大程度上得到了改善。具体而言，所提出的算法的表现优于第二好算法（COMATT），而当CIFAR-10数据集中的每个类只有两个标签可用时，可以实现88.73％的分类精度，占5.3％。此外，我们通过通过我们提出的策略大大改善现有最新算法的性能，进一步证明了所提出的方法的普遍性。