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在生態學、流行病學和天文學等許多應用領域中，仿真模型被用來研究發生在自然界中的復雜現象。通常，這些模型的似然函數的分析形式要么是不可用的，要么是太昂貴而無法評估，從而使統計推斷復雜化。無概率推理(LFI)方法，如近似貝葉斯計算(ABC)，基于用模型的正演模擬代替難以處理的似然評估，已成為對仿真模型進行推理的一種流行方法。然而，當前的LFI方法在計算和統計方面存在一些挑戰。特別是，標準的ABC算法需要大量的仿真，這使得它們在前向仿真代價昂貴的情況下不可行。

本文討論了計算代價高的模型的無概率推理。主要貢獻是基于高斯過程代理模型的LFI一致性框架。GP模型允許對仿真模型輸出的平滑假設進行編碼，以減少所需的仿真量。此外，由于模擬預算有限，所產生的基于模型的后驗逼近的不確定性可以被量化。我們提出貝葉斯實驗設計策略來選擇評估地點，以使計算成本最小化。順序設計(每次選擇一個模擬)和批處理策略(允許利用并行計算)都是推導出來的。除了LFI場景外，本文提出的方法也適用于可能性可以評估但代價昂貴的情況。

本質上，所提出的框架可以被視為概率數值方法的LFI對等物，如貝葉斯優化，用于優化昂貴的目標函數，貝葉斯求積，用于計算昂貴函數的積分。我們通過大量的經驗模擬證明了所提出的LFI方法的優點。文中還對所提算法進行了理論分析，并討論了它們與其他GP代理方法的關系。

//aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/46310

大型對抗性不完全信息博弈的均衡發現

不完全信息博弈模型是指具有私有信息的多個主體之間的交互作用。在這種情況下，一個典型的目標是接近一個均衡，在這個均衡中，所有主體的策略都是最優的。本文描述了大型對抗不完全信息博弈均衡計算方面的若干進展。這些新技術使人工智能智能體首次有可能在全規模撲克游戲中擊敗頂級人類專業人員。幾十年來，撲克一直是人工智能和博弈論領域的一大挑戰。

我們首先介紹了反事實后悔最小化(CFR)的改進，這是一種收斂于雙方零和博弈納什均衡的迭代算法。我們描述了CFR的新變種，使用折現來顯著加快收斂速度。這些新的CFR變體現在是大型對抗非完全信息博弈的最先進的均衡發現算法。我們還介紹了第一種熱啟動CFR的通用技術。最后，我們介紹理論健全的剪枝技術，可以在大型博弈中數量級地加速收斂。

接下來，我們將描述通過自動抽象和函數近似將CFR擴展到大型游戲的新方法。特別地，我們介紹了第一個在不完全信息博弈中離散連續動作空間的算法。我們將其擴展到求解具有連續動作空間博弈的算法中。

之后，我們介紹了Deep CFR，一種使用神經網絡函數近似而不是基于bucketing的抽象形式。Deep CFR是第一個可擴展到大型游戲的non-tabular形式的CFR，它使CFR能夠在幾乎沒有領域知識的情況下成功部署。最后，我們提出了一種新的不完全信息博弈搜索技術，以確保智能體的搜索策略不會被對手利用。方法，它在計算上比以前的方法要代價要少得多。最最后，我們提出了一種在訓練和測試時結合強化學習和搜索的算法ReBeL。它朝著彌合完全信息游戲和不完全信息游戲研究之間的差距邁出了重要的一步。

機器人研究的一個長期目標是創建能夠從零開始自動學習復雜控制策略的算法。將這種算法應用到機器人上的挑戰之一是表示的選擇。強化學習(RL)算法已經成功地應用于許多不同的機器人任務中，如帶有機器人手臂的cup中的Ball-in-a-Cup任務和各種機器人世界杯機器人足球啟發的領域。然而，RL算法仍然存在訓練時間長、所需訓練數據量大的問題。為狀態空間、行動空間和策略選擇合適的表示可以大大減少所需的訓練時間和所需的訓練數據。

本文主要研究機器人的深度強化學習。具體來說，狀態空間、動作空間和策略表示的選擇如何減少機器人學習任務的訓練時間和樣本復雜度。特別集中注意兩個主要領域: 1)通過張量狀態-動作空間表示 2)多狀態表示的輔助任務學習

第一個領域探索了在環境變化中改進機器人策略遷移的方法。學習策略的成本可能很高，但是如果策略可以在類似的環境中傳輸和重用，那么訓練成本可以平攤。遷移學習是一個被廣泛研究的領域，涉及多種技術。在這篇論文中，我們著重設計一個易于傳輸的表示。我們的方法將狀態空間和動作空間映射為多維張量，設計成當環境中機器人和其他對象的數量變化時保持固定維數。我們還提出了全卷積Q-Network (FCQN)策略表示，這是一種特殊的網絡架構，與張量表示相結合，允許跨環境大小進行零距離傳輸。我們在模擬的單代理和多代理任務上演示了這種方法，靈感來自于RoboCup Small - Size League (SSL)和Atari Breakout的修改版本。我們還表明，在真實世界的傳感器數據和機器人中使用這樣的表示和模擬訓練策略是可能的。

第二個領域考察了一個機器人深度RL狀態表示的優勢如何彌補另一個機器人深度RL狀態表示的劣勢。例如，我們經常想要利用機器人可用的傳感器來學習任務，其中包括像攝像機這樣的高維傳感器。最近的Deep RL算法可以通過圖像進行學習，但是數據的數量對于真實的機器人來說是難以接受的。或者，可以使用任務完成所需的最小集創建狀態。這樣做的好處是:1)減少策略參數的數量，2)刪除不相關的信息。然而，提取這些特征通常會在工程、額外硬件、校準和實驗室之外的脆弱性方面有很大的成本。我們在仿真和現實世界的多個機器人平臺和任務上演示了這一點。我們證明它在模擬的RoboCup小型聯賽(SSL)機器人上工作。我們還演示了這樣的技術允許在真實的硬件上從零開始學習，通過機器人手臂執行一個球在一個杯子的任務。

//www.ri.cmu.edu/publications/robot-deep-reinforcement-learning-tensor-state-action-spaces-and-auxiliary-task-learning-with-multiple-state-representations/

使用生成模型的無監督學習具有發現3D場景豐富表示的潛力。這種神經場景表示可能隨后支持各種下游任務，從機器人技術到計算機圖形再到醫學成像。然而，現有的方法忽略了場景最基本的屬性之一:三維結構。在這項工作中，我們使神經場景表征與一個感應偏差的三維結構的情況。我們證明了這種歸納偏差如何使無監督的發現幾何和外觀，只給定的二維圖像。通過學習一組這樣的三維結構感知神經表征的分布，我們可以執行聯合重建的三維形狀和外觀只給出一個單一的二維觀察。我們表明，在這個過程中學習到的特征使整個類對象的三維語義分割成為可能，只訓練了30個帶標記的例子，證明了三維形狀、外觀和語義分割之間的緊密聯系。最后，我們討論了場景表示學習在計算機視覺本身中的本質和潛在作用，并討論了未來工作的前景。

生成對抗網絡(GANs)是近年來受到廣泛關注的一類新型的深度生成模型。GANs通過圖像、音頻和數據隱式地學習復雜的高維分布。然而，在GANs的訓練中存在著主要的挑戰。由于網絡結構設計不當，使用目標函數和選擇優化算法，導致模式崩潰，不收斂和不穩定。最近，為了解決這些挑戰，一些更好地設計和優化GANs的解決方案已經被研究，基于重新設計的網絡結構、新的目標函數和替代優化算法的技術。據我們所知，目前還沒有一項綜述特別側重于這些解決辦法的廣泛和系統的發展。在這項研究中，我們進行了一個全面的綜述，在GANs的設計和優化解決方案提出，以處理GANs的挑戰。我們首先確定每個設計和優化技術中的關鍵研究問題，然后根據關鍵研究問題提出新的分類結構解決方案。根據分類，我們將詳細討論每個解決方案中提出的不同GANs變體及其關系。最后，在已有研究成果的基礎上，提出了這一快速發展領域的研究方向。

//arxiv.org/abs/2005.00065

概述

深度生成模型(DGMs)，如受限玻爾茲曼機(RBMs)、深度信念網絡(DBNs)、深度玻爾茲曼機(DBMs)、去噪自編碼器(DAE)和生成隨機網絡(GSN)，最近因捕獲音頻、圖像或視頻等豐富的底層分布和合成新樣本而引起了廣泛關注。這些深度生成模型采用基于馬爾科夫鏈蒙特卡羅(MCMC)的[1][2]算法進行建模。基于MCMC的方法計算訓練過程中梯度消失的對數似然梯度。這是由馬爾科夫鏈產生的樣本生成慢的主要原因，因為它不能足夠快地在模式間混合。另一個生成模型，變分自動編碼器(VAE)，使用帶有統計推理的深度學習來表示潛在空間[3]中的一個數據點，并在難以處理的概率計算的近似過程中體驗復雜性。此外，這些生成模型是通過最大化訓練數據可能性來訓練的，其中基于概率的方法在許多數據集(如圖像、視頻)中經歷了維數的詛咒。此外，在高維空間中，從馬爾可夫鏈進行的采樣是模糊的，計算速度慢且不準確。

為了解決上述問題，Goodfellow等人提出了生成對抗網(GANs)，這是生成模型的另一種訓練方法。GANs是一種新穎的深度生成模型，它利用反向傳播來進行訓練，以規避與MCMC訓練相關的問題。GANs訓練是生成模型和判別模型之間的極小極大零和博弈。GANs最近在生成逼真圖像方面得到了廣泛的關注，因為它避免了與最大似然學習[5]相關的困難。圖1顯示了GANs能力從2014年到2018年的一個進展示例。

GANs是一種結構化的概率模型，它由兩個對立的模型組成:生成模型(Generator (G))用于捕獲數據分布; 判別模型(Discriminator (D))用于估計生成數據的概率，以確定生成的數據是來自真實的數據分布，還是來自G的分布。D和G使用基于梯度的優化技術(同時梯度下降)玩一個兩人極小極大對策，直到納什均衡。G可以從真實分布中生成采樣后的圖像，而D無法區分這兩組圖像。為了更新G和D，由D通過計算兩個分布之間的差異而產生的損失來接收梯度信號。我們可以說，GANs設計和優化的三個主要組成部分如下:(i) 網絡結構，(ii) 目標(損失)函數，(iii)優化算法。

對多模態數據建模的任務，一個特定的輸入可以與幾個不同的正確和可接受的答案相關聯。圖2顯示了具有多個自然圖像流形(紅色)的插圖，結果由使用均方誤差(MSE)的基本機器學習模型實現，該模型在像素空間(即，導致圖像模糊)和GANs所獲得的結果，從而驅動重構向自然圖像流形方向發展。由于GANs的這一優勢，它在許多領域得到了廣泛的關注和應用。

GANs在一些實際任務中表現良好，例如圖像生成[8][9]、視頻生成[11]、域自適應[12]和圖像超分辨率[10]等。傳統的GANs雖然在很多方面都取得了成功，但是由于D和G訓練的不平衡，使得GANs在訓練中非常不穩定。D利用迅速飽和的邏輯損失。另外，如果D可以很容易的區分出真假圖像，那么D的梯度就會消失，當D不能提供梯度時，G就會停止更新。近年來，對于模式崩潰問題的處理有了許多改進，因為G產生的樣本基于少數模式，而不是整個數據空間。另一方面，引入了幾個目標(損失)函數來最小化與傳統GANs公式的差異。最后，提出了幾種穩定訓練的方法。

近年來，GANs在自然圖像的制作方面取得了突出的成績。然而，在GANs的訓練中存在著主要的挑戰。由于網絡結構設計不當，使用目標函數和選擇優化算法，導致模式崩潰，不收斂和不穩定。最近，為了解決這些挑戰，一些更好地設計和優化GANs的解決方案已經被研究，基于重新設計的網絡結構、新的目標函數和替代優化算法的技術。為了研究以連續一致的方式處理GANs挑戰的GANs設計和優化解決方案，本綜述提出了不同GANs解決方案的新分類。我們定義了分類法和子類尋址來構造當前最有前途的GANs研究領域的工作。通過將提出的GANs設計和優化方案分類，我們對其進行了系統的分析和討論。我們還概述了可供研究人員進一步研究的主要未決問題。

本文貢獻：

• GAN新分類法。在本研究中，我們確定了每個設計和優化技術中的關鍵研究問題，并提出了一種新的分類法，根據關鍵研究問題來構造解決方案。我們提出的分類將有助于研究人員增強對當前處理GANs挑戰的發展和未來研究方向的理解。

• GAN全面的調研。根據分類法，我們提供了對各種解決方案的全面審查，以解決GANs面臨的主要挑戰。對于每一種類型的解決方案，我們都提供了GANs變體及其關系的詳細描述和系統分析。但是，由于廣泛的GANs應用，不同的GANs變體以不同的方式被制定、訓練和評估，并且這些GANs之間的直接比較是復雜的。為此，我們進行了必要的比較，總結了相應的方法。他們提出了解決GANs挑戰的新方案。這個調查可以作為了解、使用和開發各種實際應用程序的不同GANs方法的指南。

NeurIPS 2019（Neural Information Processing Systems）將在12月8日-14日在加拿大溫哥華舉行。NeurIPS 是全球最受矚目的AI、機器學習頂級學術會議之一，每年全球的人工智能愛好者和科學家都會在這里聚集，發布最新研究。今天小編整理了表示學習相關論文。

1. Self-attention with Functional Time Representation Learning

作者： Da Xu, Chuanwei Ruan, Evren Korpeoglu, Sushant Kumar, Kannan Achan

摘要：在自然語言處理中，具有self-attention的序列模型已經取得了很好的效果。self-attention具有模型靈活性、計算復雜性和可解釋性等優點，正逐漸成為事件序列模型的重要組成部分。然而，像大多數其他的序列模型一樣，自我注意并不能解釋事件之間的時間跨度，因此它捕捉的是序列信號而不是時間模式。在不依賴遞歸網絡結構的情況下，self-attention通過位置編碼來識別事件的順序。為了彌補時間無關和時間相關事件序列建模之間的差距，我們引入了一個嵌入時間跨度到高維空間的功能特征映射。通過構造相關的平移不變時間核函數，揭示了經典函數函數分析結果下特征圖的函數形式，即Bochner定理和Mercer定理。我們提出了幾個模型來學習函數性時間表示以及與事件表示的交互。這些方法是在各種連續時間事件序列預測任務下對真實數據集進行評估的。實驗結果表明，所提出的方法與基線模型相比，具有更好的性能，同時也能捕獲有用的時間-事件交互。
論文鏈接：
//papers.nips.cc/paper/9720-self-attention-with-functional-time-representation-learning

2. Large Scale Adversarial Representation Learning

作者：Jeff Donahue, Karen Simonyan

摘要：對抗訓練生成模型(GANs)最近取得了引人注目的圖像合成結果。GANs在無監督的表現學習中盡管在早期取得了的成功，但是它們已經被基于自監督的方法所取代。在這項工作中，我們證明了圖像生成質量的進步轉化為極大地改進了表示學習性能。我們的方法BigBiGAN建立在最先進的BigGAN模型之上，通過添加編碼器和修改鑒別器將其擴展到表示學習。我們廣泛地評估了這些BigBiGAN模型的表示學習和生成能力，證明了這些基于生成的模型在ImageNet的無監督表示學習方面達到了最新的水平，并在無條件生成圖像方面取得了令人信服的結果。

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3. Rethinking Kernel Methods for Node Representation Learning on Graphs

作者：Yu Tian, Long Zhao, Xi Peng, Dimitris Metaxas

摘要：圖核是度量圖相似性的核心方法，是圖分類的標準工具。然而，作為與圖表示學習相關的一個問題，使用核方法進行節點分類仍然是不適定的，目前最先進的方法大多基于啟發式。在這里，我們提出了一個新的基于核的節點分類理論框架，它可以彌補這兩個圖上表示學習問題之間的差距。我們的方法是由圖核方法驅動的，但是擴展到學習捕獲圖中結構信息的節點表示。我們從理論上證明了我們的公式與任何半正定核一樣強大。為了有效地學習內核，我們提出了一種新的節點特征聚合機制和在訓練階段使用的數據驅動的相似度度量。更重要的是，我們的框架是靈活的，并補充了其他基于圖形的深度學習模型，如圖卷積網絡(GCNs)。我們在一些標準節點分類基準上對我們的方法進行了經驗評估，并證明我們的模型設置了最新的技術狀態。
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4. Continual Unsupervised Representation Learning

作者：Dushyant Rao, Francesco Visin, Andrei Rusu, Razvan Pascanu, Yee Whye Teh, Raia Hadsell

摘要：持續學習旨在提高現代學習系統處理非平穩分布的能力，通常是通過嘗試按順序學習一系列任務。該領域的現有技術主要考慮監督或強化學習任務，并經常假設對任務標簽和邊界有充分的認識。在這項工作中，我們提出了一種方法(CURL)來處理一個更普遍的問題，我們稱之為無監督連續學習。重點是在不了解任務身份的情況下學習表示，我們將探索任務之間的突然變化、從一個任務到另一個任務的平穩過渡，甚至是數據重組時的場景。提出的方法直接在模型中執行任務推斷，能夠在其生命周期內動態擴展以捕獲新概念，并結合其他基于排練的技術來處理災難性遺忘。我們用MNIST和Omniglot演示了CURL在無監督學習環境中的有效性，在這種環境中，沒有標簽可以確保沒有關于任務的信息泄露。此外，與現有技術相比，我們在i.i.中表現出了較強的性能。在i.i.d的設置下，或將該技術應用于監督任務(如漸進式課堂學習)時。 論文鏈接：

5. Unsupervised Scalable Representation Learning for Multivariate Time Series

作者： Jean-Yves Franceschi, Aymeric Dieuleveut, Martin Jaggi

摘要：由于時間序列在實際應用中具有高度可變的長度和稀疏標記，因此對機器學習算法而言，時間序列是一種具有挑戰性的數據類型。在本文中，我們提出了一種學習時間序列通用嵌入的無監督方法來解決這一問題。與以前的工作不同，它的長度是可伸縮的，我們通過深入實驗和比較來展示學習表示的質量、可移植性和實用性。為此，我們將基于因果擴張卷積的編碼器與基于時間負采樣的新三重態損耗相結合，獲得了可變長度和多元時間序列的通用表示。
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6. A Refined Margin Distribution Analysis for Forest Representation Learning

作者：Shen-Huan Lyu, Liang Yang, Zhi-Hua Zhou

摘要：在本文中，我們將森林表示學習方法casForest作為一個加法模型，并證明當與邊際標準差相對于邊際均值的邊際比率足夠小時，泛化誤差可以以O(ln m/m)為界。這激勵我們優化比例。為此，我們設計了一種邊際分布的權重調整方法，使深林模型的邊際比較小。實驗驗證了邊緣分布與泛化性能之間的關系。我們注意到，本研究從邊緣理論的角度對casForest提供了一個新的理解，并進一步指導了逐層的森林表示學習。

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7. Adversarial Fisher Vectors for Unsupervised Representation Learning

作者：Shuangfei Zhai, Walter Talbott, Carlos Guestrin, Joshua Susskind

摘要：我們通過基于深度能量的模型(EBMs)來研究生成對抗網絡(GANs)，目的是利用從這個公式推導出的密度模型。與傳統的鑒別器在達到收斂時學習一個常數函數的觀點不同，這里我們證明了它可以為后續的任務提供有用的信息，例如分類的特征提取。具體來說，在EBM公式中，鑒別器學習一個非歸一化密度函數(即，負能量項)，它描述了數據流形。我們建議通過從EBM中獲得相應的Fisher分數和Fisher信息來評估生成器和鑒別器。我們證明了通過假設生成的示例形成了對學習密度的估計，費雪信息和歸一化費雪向量都很容易計算。我們還證明了我們能夠推導出例子之間和例子集之間的距離度量。我們進行的實驗表明，在分類和感知相似性任務中，甘氏神經網絡誘導的費雪向量作為無監督特征提取器表現出了競爭力。代碼地址：
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8. vGraph: A Generative Model for Joint Community Detection and Node Representation Learning

作者：Fan-Yun Sun, Meng Qu, Jordan Hoffmann, Chin-Wei Huang, Jian Tang

摘要：本文重點研究了圖數據分析的兩個基本任務:社區檢測和節點表示學習，它們分別捕獲圖數據的全局結構和局部結構。在現有的文獻中，這兩個任務通常是獨立研究的，但實際上是高度相關的。提出了一種協作學習社區成員和節點表示的概率生成模型vGraph。具體地說，我們假設每個節點都可以表示為群落的混合，并且每個群落都定義為節點上的多項分布。混合系數和群落分布均由節點和群落的低維表示參數化。我們設計了一種有效的變分推理算法，通過反向傳播進行優化，使相鄰節點的社區成員關系在潛在空間中相似。在多個真實圖上的實驗結果表明，vGraph在社區檢測和節點表示學習兩方面都非常有效，在兩方面都優于許多有競爭力的基線。結果表明，該vGraph框架具有良好的靈活性，可以方便地擴展到層次社區的檢測。
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