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哥倫比亞大學Elias Bareinboim副教授ICML 2020教程《因果強化學習》！

因果推理提供了一套工具和原則，允許人們結合數據和環境的結構不變性來推理反事實性質的問題。如果現實不是這樣，會發生什么呢? 即使想象中的現實沒有數據可用。強化學習關心的是在交互和不確定的環境中有效地找到一個優化特定功能的策略(例如，獎勵，后悔)。這兩個學科是獨立發展的，它們之間幾乎沒有相互作用。然而，在現實中，它們對同一個構建塊的不同方面進行操作，這使得他們緊密相連。

在本教程中，我們將基于這一觀察結果引入統一的處理方法，并將這兩個學科置于相同的概念和理論框架下。我們表明，當這一聯系完全建立時，就會出現許多自然的和普遍的學習問題，而這不能單獨從任何一個學科中看到。特別地，我們將討論廣義策略學習(在線、非策略和做微積分學習的組合)、何時何地干預、反事實決策(自由意志、自主、人與人工智能協作)、策略通用性和因果模仿學習等等。這種新的理解導致了對什么是反事實學習的更廣泛的觀點，并暗示了因果關系和強化學習并行研究的巨大潛力。我們稱這種新的研究為“因果強化學習”(簡稱CRL)。

地址：

//crl.causalai.net/

題目：

Con?dence-Aware Learning for Deep Neural Networks

簡介：

盡管深度神經網絡可以執行多種任務，但過分一致的預測問題限制了它們在許多安全關鍵型應用中的實際應用。已經提出了許多新的工作來減輕這個問題，但是大多數工作需要在訓練和/或推理階段增加計算成本，或者需要定制的體系結構來分別輸出置信估計。在本文中，我們提出了一種使用新的損失函數訓練深度神經網絡的方法，稱為正確排名損失，該方法將類別概率顯式規范化，以便根據依據的有序等級更好地進行置信估計。所提出的方法易于實現，并且無需進行任何修改即可應用于現有體系結構。而且，它的訓練計算成本幾乎與傳統的深度分類器相同，并且通過一次推斷就可以輸出可靠的預測。在分類基準數據集上的大量實驗結果表明，所提出的方法有助于網絡產生排列良好的置信度估計。我們還證明，它對于與置信估計，分布外檢測和主動學習密切相關的任務十分有效。

【導讀】深度學習中的優化問題是非常關鍵的。今年國立臺灣大學教授、IEEE Fellow、ACM Fellow、AAAI Fellow，也是大名鼎鼎LIBSVM作者林智仁教授開設了《深度學習優化方法》課程，講解深度學習涉及到非常難的非凸優化問題，研究了深度學習優化方法的實現，值得跟蹤學習。

//www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/courses/optdl2020/

Chih-Jen Lin，現任臺灣大學計算機科學系特聘教授。1993年獲國立臺灣大學學士學位，1998年獲密歇根大學博士學位。他的主要研究領域包括機器學習、數據挖掘和數值優化。他最著名的工作是支持向量機(SVM)數據分類。他的軟件LIBSVM是最廣泛使用和引用的支持向量機軟件包之一。由于他的研究工作，他獲得了許多獎項，包括ACM KDD 2010和ACM RecSys 2013最佳論文獎。因為他對機器學習算法和軟件設計的貢獻，他是IEEE fellow，AAAI fellow，ACM fellow。更多關于他的信息可以在

目錄內容：

• 正則化線性分類
• 全連接網絡優化問題
• 卷積神經網絡優化問題

題目： Causal Relational Learning

摘要：

因果推理是自然科學和社會科學實證研究的核心，對科學發現和知情決策至關重要。因果推理的黃金標準是進行隨機對照試驗;不幸的是，由于倫理、法律或成本的限制，這些方法并不總是可行的。作為一種替代方法，從觀察數據中進行因果推斷的方法已經在統計研究和社會科學中得到發展。然而，現有的方法嚴重依賴于限制性的假設，例如由同質元素組成的研究總體，這些同質元素可以在一個單平表中表示，其中每一行都被稱為一個單元。相反，在許多實際環境中，研究領域自然地由具有復雜關系結構的異構元素組成，其中數據自然地表示為多個相關表。在本文中，從關系數據中提出了一個正式的因果推理框架。我們提出了一種稱為CaRL的聲明性語言，用于捕獲因果背景知識和假設，并使用簡單的Datalog類規則指定因果查詢。CaRL為在關系領域中推斷復雜干預的影響的因果關系和推理提供了基礎。我們對真實的關系數據進行了廣泛的實驗評估，以說明CaRL理論在社會科學和醫療保健領域的適用性。

【導讀】元學習旨在學會學習，是當下研究熱點之一。最近來自愛丁堡大學的學者發布了關于元學習最新綜述論文《Meta-Learning in Neural Networks: A Survey》，值得關注，詳述了元學習體系，包括定義、方法、應用、挑戰，成為不可缺少的文獻。

近年來，元學習領域，或者說“學會學習的學習”，引起了人們極大的興趣。與傳統的人工智能方法(使用固定的學習算法從頭開始解決給定的任務)不同，元學習的目的是改進學習算法本身，考慮到多次學習的經驗。這個范例提供了一個機會來解決深度學習的許多傳統挑戰，包括數據和計算瓶頸，以及泛化的基本問題。在這項綜述中，我們描述了當代元學習的景觀。我們首先討論元學習的定義，并將其定位于相關領域，如遷移學習、多任務學習和超參數優化。然后，我們提出了一個新的分類法，對元學習方法的空間進行了更全面的細分。我們綜述了元學習的一些有前途的應用和成功案例，包括小樣本學習、強化學習和體系架構搜索。最后，我們討論了突出的挑戰和未來研究的有希望的領域。

//arxiv.org/abs/2004.05439

概述

現代機器學習模型通常是使用手工設計的固定學習算法，針對特定任務從零開始進行訓練。基于深度學習的方法在許多領域都取得了巨大的成功[1,2,3]。但是有明顯的局限性[4]。例如，成功主要是在可以收集或模擬大量數據的領域，以及在可以使用大量計算資源的領域。這排除了許多數據本質上是稀有或昂貴的[5]，或者計算資源不可用的應用程序[6,7]。

元學習提供了另一種范式，機器學習模型可以在多個學習階段獲得經驗——通常覆蓋相關任務的分布——并使用這些經驗來改進未來的學習性能。這種“學會學習”[8]可以帶來各種好處，如數據和計算效率，它更適合人類和動物的學習[9]，其中學習策略在一生和進化時間尺度上都得到改善[10,9,11]。機器學習在歷史上是建立在手工設計的特征上的模型，而特征的選擇往往是最終模型性能的決定因素[12,13,14]。深度學習實現了聯合特征和模型學習的承諾[15,16]，為許多任務提供了巨大的性能改進[1,3]。神經網絡中的元學習可以看作是集成聯合特征、模型和算法學習的下一步。神經網絡元學習有著悠久的歷史[17,18,8]。然而，它作為推動當代深度學習行業前沿的潛力，導致了最近研究的爆炸性增長。特別是，元學習有可能緩解當代深度學習[4]的許多主要批評，例如，通過提供更好的數據效率，利用先驗知識轉移，以及支持無監督和自主學習。成功的應用領域包括:小樣本圖像識別[19,20]、無監督學習[21]、數據高效[22,23]、自導向[24]強化學習(RL)、超參數優化[25]和神經結構搜索(NAS)[26, 27, 28]。

在文獻中可以找到許多關于元學習的不同觀點。特別是由于不同的社區對這個術語的使用略有不同，所以很難定義它。與我們[29]相關的觀點認為，元學習是管理“沒有免費午餐”定理[30]的工具，并通過搜索最適合給定問題或問題族的算法(歸納偏差)來改進泛化。然而，從廣義上來說，這個定義可以包括遷移、多任務、特征選擇和模型集成學習，這些在今天通常不被認為是元學習。另一個關于元學習[31]的觀點廣泛地涵蓋了基于數據集特性的算法選擇和配置技術，并且很難與自動機器學習(AutoML)[32]區分開來。在這篇論文中，我們關注當代的神經網絡元學習。我們將其理解為算法或歸納偏差搜索，但重點是通過端到端學習明確定義的目標函數(如交叉熵損失、準確性或速度)來實現的。

因此，本文提供了一個獨特的，及時的，最新的調查神經網絡元學習領域的快速增長。相比之下，在這個快速發展的領域，以往的研究已經相當過時，或者關注于數據挖掘[29、33、34、35、36、37、31]、自動[32]的算法選擇，或者元學習的特定應用，如小樣本學習[38]或神經架構搜索[39]。

我們討論元學習方法和應用。特別是，我們首先提供了一個高層次的問題形式化，它可以用來理解和定位最近的工作。然后，我們在元表示、元目標和元優化器方面提供了一種新的方法分類。我們調查了幾個流行和新興的應用領域，包括少鏡頭、強化學習和架構搜索;并對相關的話題如遷移學習、多任務學習和自動學習進行元學習定位。最后，我們討論了尚未解決的挑戰和未來研究的領域。

未來挑戰：

-元泛化 元學習在不同任務之間面臨著泛化的挑戰，這與傳統機器學習中在不同實例之間進行泛化的挑戰類似。

• 任務分布的多模態特性
• 任務族
• 計算代價
• 跨模態遷移和異構任務

總結

元學習領域最近出現了快速增長的興趣。這帶來了一定程度的混亂，比如它如何與鄰近的字段相關聯，它可以應用到什么地方，以及如何對它進行基準測試。在這次綜述中，我們試圖通過從方法學的角度對這一領域進行徹底的調查來澄清這些問題——我們將其分為元表示、元優化器和元目標的分類;從應用的角度來看。我們希望這項調查將有助于新人和實踐者在這個不斷增長的領域中定位自己，并強調未來研究的機會。

編寫機器人程序仍然是出了名的困難。讓機器人具備學習的能力，就可以繞過那些通常需要耗費大量時間來完成特定任務的編程工作。這個演講將描述最近在深度強化學習(機器人通過自己的嘗試和錯誤學習)、學徒學習(機器人通過觀察人學習)和元學習(機器人學習學習)方面的進展。這項工作使機器人在操作、移動和飛行方面有了新的能力，這些領域的進步都是基于相同的方法。

//www.youtube.com/watch?v=WGza-jN4CZs