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【導讀】DeepMind開設了一系列深度學習課程。本次課講述了深度學習計算機視覺。

繼上一講之后，DeepMind研究科學家Viorica Patraucean介紹了圖像分類之外的經典計算機視覺任務(目標檢測、語義分割、光流估計)，并描述了每種任務的最新模型以及標準基準。她討論了視頻處理任務的類似模型，如動作識別、跟蹤和相關挑戰。她特別提到了最近提高視頻處理效率的工作，包括使用強化學習的元素。接下來，她介紹了單模態和多模態(vision+audio, visio+language)自監督學習的各種設置，在這些設置中，大規模學習是有益的。最后，Viorica討論了視覺中的開放問題，以及計算機視覺研究在構建智能代理這一更廣泛目標中的作用。

從圖像中進行自監督學習的目標是通過不需要對大量訓練圖像進行語義注釋的前置任務來構造語義上有意義的圖像表示。許多前置任務導致與圖像變換協變的表示。相反，我們認為語義表示在這種轉換下應該是不變的。具體來說，我們開發了前置不變表示學習(PIRL，發音為“pearl”)，該學習基于前置任務的不變表示。我們將PIRL與一個常用的前置任務一起使用，該任務涉及解決拼圖游戲。我們發現，PIRL極大地提高了學習圖像表示的語義質量。我們的方法設置了一個新的藝術的自監督學習從圖像上幾個流行的基準自我監督學習。盡管是無監督的，但PIRL在學習圖像表示和目標檢測方面的表現優于有監督的前訓練。總之，我們的結果證明了具有良好不變性的圖像表示的自監督學習的潛力。

【導讀】Yann Lecun在紐約大學開設的2020春季《深度學習》課程，干貨滿滿。最新的一期是來自Facebook AI的研究科學家Ishan Misra講述了計算機視覺中的自監督學習最新進展，108頁ppt，很不錯報告。

在過去的十年中，許多不同的計算機視覺問題的主要成功方法之一是通過對ImageNet分類進行監督學習來學習視覺表示。并且，使用這些學習的表示，或學習的模型權值作為其他計算機視覺任務的初始化，在這些任務中可能沒有大量的標記數據。

但是，為ImageNet大小的數據集獲取注釋是非常耗時和昂貴的。例如:ImageNet標記1400萬張圖片需要大約22年的人類時間。

因此，社區開始尋找替代的標記過程，如社交媒體圖像的hashtags、GPS定位或自我監督方法，其中標簽是數據樣本本身的屬性。

什么是自監督學習？

定義自我監督學習的兩種方式：

• 基礎監督學習的定義，即網絡遵循監督學習，標簽以半自動化的方式獲得，不需要人工輸入。

• 預測問題，其中一部分數據是隱藏的，其余部分是可見的。因此，其目的要么是預測隱藏數據，要么是預測隱藏數據的某些性質。

自監督學習與監督學習和非監督學習的區別:

• 監督學習任務有預先定義的(通常是人為提供的)標簽，

• 無監督學習只有數據樣本，沒有任何監督、標記或正確的輸出。

• 自監督學習從給定數據樣本的共現形式或數據樣本本身的共現部分派生出其標簽。

自然語言處理中的自監督學習

Word2Vec

• 給定一個輸入句子，該任務涉及從該句子中預測一個缺失的單詞，為了構建文本前的任務，該任務特意省略了該單詞。

• 因此，這組標簽變成了詞匯表中所有可能的單詞，而正確的標簽是句子中省略的單詞。

• 因此，可以使用常規的基于梯度的方法對網絡進行訓練，以學習單詞級表示。

為什么自監督學習

自監督學習通過觀察數據的不同部分如何交互來實現數據的學習表示。從而減少了對大量帶注釋數據的需求。此外，可以利用可能與單個數據樣本相關聯的多個模式。

計算機視覺中的自我監督學習

通常，使用自監督學習的計算機視覺管道涉及執行兩個任務，一個前置任務和一個下游任務。

• 下游任務可以是任何類似分類或檢測任務的任務，但是沒有足夠的帶注釋的數據樣本。

• Pre-text task是為學習視覺表象而解決的自監督學習任務，其目的是利用所學習的表象，或下游任務在過程中獲得的模型權值。

發展Pre-text任務

• 針對計算機視覺問題的文本前任務可以使用圖像、視頻或視頻和聲音來開發。

• 在每個pre-text任務中，都有部分可見和部分隱藏的數據，而任務則是預測隱藏的數據或隱藏數據的某些屬性。

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【導讀】如何利用未標記數據進行機器學習是當下研究的熱點。最近自監督學習、對比學習等提出用于解決該問題。最近來自Google大腦團隊的Luong博士介紹了無標記數據學習的進展，半監督學習以及他們最近重要的兩個工作：無監督數據增強和自訓練學習，是非常好的前沿材料。

深度學習盡管取得了很大成功，但通常在小標簽訓練集中表現不佳。利用未標記數據改善深度學習一直是一個重要的研究方向，其中半監督學習是最有前途的方法之一。在本次演講中，Luong博士將介紹無監督數據增強（UDA），這是我們最近的半監督學習技術，適用于語言和視覺任務。使用UDA，我們僅使用一個或兩個數量級標記較少的數據即可獲得最先進的性能。

在本次演講中，Luong博士首先解釋了基本的監督機器學習。在機器學習中，計算機視覺的基本功能是利用圖像分類來識別和標記圖像數據。監督學習需要輸入和標簽才能與輸入相關聯。通過這樣做，您可以教AI識別圖像是什么，無論是對象，人類，動物等。Luong博士繼續進一步解釋神經網絡是什么，以及它們如何用于深度學習。這些網絡旨在模仿人類大腦的功能，并允許AI自己學習和解決問題。

報告主題： Reinforcement Learning

報告簡介： 強化學習是智能體（Agent）以“試錯”的方式進行學習，通過與環境進行交互獲得的獎賞指導行為，目標是使智能體獲得最大的獎賞，強化學習不同于連接主義學習中的監督學習，主要表現在強化信號上，強化學習中由環境提供的強化信號是對產生動作的好壞作一種評價(通常為標量信號)，而不是告訴強化學習系統RLS(reinforcement learning system)如何去產生正確的動作。由于外部環境提供的信息很少，RLS必須靠自身的經歷進行學習。通過這種方式，RLS在行動-評價的環境中獲得知識，改進行動方案以適應環境。其基本原理是：如果Agent的某個行為策略導致環境正的獎賞(強化信號)，那么Agent以后產生這個行為策略的趨勢便會加強。Agent的目標是在每個離散狀態發現最優策略以使期望的折扣獎賞和最大。Nando教授將從強化學習的基礎入手，并結合強化學習的應用展開介紹。

嘉賓介紹： Nando曾在加州大學伯克利分校（UC Berkeley）從事人工智能工作，并于2001年成為加拿大不列顛哥倫比亞大學的教授，隨后于2013年成為英國牛津大學的教授。2017年，他全職加入DeepMind，擔任首席科學家，以幫助他們解決智力問題，使子孫后代可以過上更好的生活。 Nando還是加拿大高級研究所的資深研究員，并曾獲得多個學術獎項。