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題目： AutoML: A Survey of the State-of-the-Art

摘要：

深度學習（DL）技術已滲透到我們生活的方方面面，并為我們帶來了極大的便利。但是，針對特定任務構建高質量的DL系統高度依賴于人類的專業知識，這阻礙了DL在更多領域的應用。自動機器學習（AutoML）成為在無需人工協助的情況下構建DL系統的有前途的解決方案，并且越來越多的研究人員專注于AutoML。在本文中，對AutoML中的最新技術（SOTA）進行了全面而最新的回顧。首先，根據管道介紹AutoML方法，涵蓋數據準備，特征工程，超參數優化和神經體系結構搜索（NAS）。我們更加關注NAS，因為它是AutoML的非常熱門的子主題。然后總結了具有代表性的NAS算法在CIFAR-10和ImageNet數據集上的性能，并進一步討論了NAS方法的一些值得研究的方向：一階段/兩階段NAS，單次NAS以及聯合超參數和體系結構優化。最后，討論了現有AutoML方法的一些未解決的問題，以供將來研究。

主題： Data Science: A Comprehensive Overview

摘要： 二十一世紀迎來了大數據時代和數據經濟時代，其中攜帶重要知識，見識和潛力的數據DNA已成為所有基于數據的生物的固有組成部分。對數據DNA及其有機體的適當理解依賴于數據科學及其基石分析的新領域。盡管人們爭論大數據是否僅僅是炒作和嗡嗡聲，并且數據科學還處于非常早期的階段，但是重大挑戰和機遇正在涌現，或者受到數據科學的研究，創新，業務，專業和教育的啟發。本文提供了有關數據科學基本方面的全面調查和教程：從數據分析到數據科學的演變，數據科學概念，數據科學時代的全景，數據創新的主要挑戰和方向，數據分析的性質，數據經濟中的新工業化和服務機會，數據教育的專業和能力以及數據科學的未來。除了提供豐富的觀察，教訓以及對數據科學和分析的思考之外，本文是本領域中第一篇全面概述的文章。

學

隨著web技術的發展，多模態或多視圖數據已經成為大數據的主要流，每個模態/視圖編碼數據對象的單個屬性。不同的模態往往是相輔相成的。這就引起了人們對融合多模態特征空間來綜合表征數據對象的研究。大多數現有的先進技術集中于如何融合來自多模態空間的能量或信息，以提供比單一模態的同行更優越的性能。最近，深度神經網絡展示了一種強大的架構，可以很好地捕捉高維多媒體數據的非線性分布，對多模態數據自然也是如此。大量的實證研究證明了深多模態方法的優勢，從本質上深化了多模態深特征空間的融合。在這篇文章中，我們提供了從淺到深空間的多模態數據分析領域的現有狀態的實質性概述。在整個調查過程中，我們進一步指出，該領域的關鍵要素是多模式空間的協作、對抗性競爭和融合。最后，我們就這一領域未來的一些方向分享我們的觀點。

深度學習在許多領域都取得了重大突破和進展。這是因為深度學習具有強大的自動表示能力。實踐證明，網絡結構的設計對數據的特征表示和最終的性能至關重要。為了獲得良好的數據特征表示，研究人員設計了各種復雜的網絡結構。然而，網絡架構的設計在很大程度上依賴于研究人員的先驗知識和經驗。因此，一個自然的想法是盡量減少人為的干預，讓算法自動設計網絡的架構。因此，這需要更深入到強大的智慧。

近年來,大量相關的神經結構搜索算法(NAS)已經出現。他們對NAS算法進行了各種改進，相關研究工作復雜而豐富。為了減少初學者進行NAS相關研究的難度，對NAS進行全面系統的調查是必不可少的。之前的相關調查開始主要從NAS的基本組成部分: 搜索空間、搜索策略和評估策略對現有工作進行分類。這種分類方法比較直觀，但是讀者很難把握中間的挑戰和標志性作品。因此，在本次調查中，我們提供了一個新的視角:首先概述最早的NAS算法的特點，總結這些早期NAS算法存在的問題，然后為后續的相關研究工作提供解決方案。并對這些作品進行了詳細而全面的分析、比較和總結。最后，提出了今后可能的研究方向。

概述

深度學習已經在機器翻譯[1-3]、圖像識別[4,6,7]和目標檢測[8-10]等許多領域展示了強大的學習能力。這主要是因為深度學習對非結構化數據具有強大的自動特征提取功能。深度學習已經將傳統的手工設計特征[13,14]轉變為自動提取[4,29,30]。這使得研究人員可以專注于神經結構的設計[11,12,19]。但是神經結構的設計很大程度上依賴于研究者的先驗知識和經驗，這使得初學者很難根據自己的實際需要對網絡結構進行合理的修改。此外，人類現有的先驗知識和固定的思維范式可能會在一定程度上限制新的網絡架構的發現。

因此，神經架構搜索(NAS)應運而生。NAS旨在通過使用有限的計算資源，以盡可能少的人工干預的自動化方式設計具有最佳性能的網絡架構。NAS- RL[11]和MetaQNN[12]的工作被認為是NAS的開創性工作。他們使用強化學習(RL)方法得到的網絡架構在圖像分類任務上達到了SOTA分類精度。說明自動化網絡架構設計思想是可行的。隨后，大規模演化[15]的工作再次驗證了這一想法的可行性，即利用演化學習來獲得類似的結果。然而，它們在各自的方法中消耗了數百天的GPU時間，甚至更多的計算資源。如此龐大的計算量對于普通研究者來說幾乎是災難性的。因此，如何減少計算量，加速網絡架構的搜索[18-20,48,49,52,84,105]就出現了大量的工作。與NAS的提高搜索效率,NAS也迅速應用領域的目標檢測(65、75、111、118),語義分割(63、64、120),對抗學習[53],建筑規模(114、122、124),多目標優化(39、115、125),platform-aware(28日34、103、117),數據增加(121、123)等等。另外，如何在性能和效率之間取得平衡也是需要考慮的問題[116,119]。盡管NAS相關的研究已經非常豐富，但是比較和復制NAS方法仍然很困難[127]。由于不同的NAS方法在搜索空間、超參數技巧等方面存在很多差異，一些工作也致力于為流行的NAS方法提供一個統一的評估平臺[78,126]。

隨著NAS相關研究的不斷深入和快速發展，一些之前被研究者所接受的方法被新的研究證明是不完善的。很快就有了改進的解決方案。例如，早期的NAS在架構搜索階段從無到有地訓練每個候選網絡架構，導致計算量激增[11,12]。ENAS[19]提出采用參數共享策略來加快架構搜索的進程。該策略避免了從頭訓練每個子網，但強制所有子網共享權值，從而大大減少了從大量候選網絡中獲得性能最佳子網的時間。由于ENAS在搜索效率上的優勢，權值共享策略很快得到了大量研究者的認可[23,53,54]。不久，新的研究發現，廣泛接受的權重分配策略很可能導致候選架構[24]的排名不準確。這將使NAS難以從大量候選架構中選擇最優的網絡架構，從而進一步降低最終搜索的網絡架構的性能。隨后DNA[21]將NAS的大搜索空間模塊化成塊，充分訓練候選架構以減少權值共享帶來的表示移位問題。此外，GDAS-NSAS[25]提出了一種基于新的搜索架構選擇(NSAS)損失函數來解決超網絡訓練過程中由于權值共享而導致的多模型遺忘問題。

在快速發展的NAS研究領域中，類似的研究線索十分普遍，基于挑戰和解決方案對NAS研究進行全面、系統的調研是非常有用的。以往的相關綜述主要根據NAS的基本組成部分: 搜索空間、搜索策略和評估策略對現有工作進行分類[26,27]。這種分類方法比較直觀，但不利于讀者捕捉研究線索。因此，在本次綜述查中，我們將首先總結早期NAS方法的特點和面臨的挑戰。基于這些挑戰，我們對現有研究進行了總結和分類，以便讀者能夠從挑戰和解決方案的角度進行一個全面和系統的概述。最后，我們將比較現有的研究成果，并提出未來可能的研究方向和一些想法。

題目： Natural Language Processing Advancements By Deep Learning: A Survey

摘要： 自然語言處理(NLP)幫助智能機器更好地理解人類語言，實現基于語言的人機交流。算力的最新發展和語言大數據的出現，增加了使用數據驅動方法自動進行語義分析的需求。由于深度學習方法在計算機視覺、自動語音識別，特別是NLP等領域的應用取得了顯著的進步，數據驅動策略的應用已經非常普遍。本綜述對得益于深度學習的NLP的不同方面和應用進行了分類和討論。它涵蓋了核心的NLP任務和應用，并描述了深度學習方法和模型如何推進這些領域。我們并進一步分析和比較不同的方法和最先進的模型。

題目： A Survey on Human Machine Interaction in Industry 4.0

摘要： 工業4.0或工業物聯網都描述了人與機器之間無縫交互的新模式。這兩個概念都依賴于能夠控制工業生產流程的智能、互聯的網絡物理生產系統。隨著這些機器自主地做出許多決策，并進一步與生產和制造計劃系統交互，人類用戶的集成需要新的范式。本文分析了工業4.0領域人機交互技術的現狀。我們專注于集成增強和虛擬現實技術應用的新范例。基于我們的分析，我們進一步討論了研究的挑戰。

簡介：

近年來，由于機器學習（ML）/深度學習（DL）技術使用多維醫學圖像，在從一維心臟信號的心臟驟停的預測到計算機輔助診斷（CADx）的各種醫療保健應用中的卓越性能，見證了機器學習（ML）/深度學習（DL）技術的廣泛采用。盡管ML / DL的性能令人印象深刻，但對于ML / DL在醫療機構中的健壯性仍然存有疑慮（由于涉及眾多安全性和隱私問題，傳統上認為ML / DL的挑戰性很大），尤其是鑒于最近的研究結果表明ML / DL容易受到對抗性攻擊。在本文中，我們概述了醫療保健中各個應用領域，這些領域從安全性和隱私性的角度利用了這些技術，并提出了相關的挑戰。此外，我們提出了潛在的方法來確保醫療保健應用程序的安全和隱私保護機器學習。最后，我們提供了有關當前研究挑戰的見解以及未來研究的有希望的方向。

內容大綱：

題目： A Survey on Distributed Machine Learning

簡介： 在過去十年中，對人工智能的需求已顯著增長，并且這種增長得益于機器學習技術的進步以及利用硬件加速的能力，但是，為了提高預測質量并在復雜的應用程序中提供可行的機器學習解決方案，需要大量的訓練數據。盡管小型機器學習模型可以使用一定數量的數據進行訓練，但用于訓練較大模型（例如神經網絡）的輸入與參數數量成指數增長。由于處理訓練數據的需求已經超過了計算機器的計算能力的增長，因此急需在多個機器之間分配機器學習工作量，并將集中式的精力分配到分配的系統上。這些分布式系統提出了新的挑戰，最重要的是訓練過程的科學并行化和相關模型的創建。本文通過概述傳統的（集中的）機器學習方法，探討了分布式機器學習的挑戰和機遇，從而對當前的最新技術進行了廣泛的概述，并對現有的技術進行研究。

論文題目： Object Detection in 20 Years: A Survey

論文簡介：
 目標檢測作為計算機視覺中最基本和最具挑戰性的問題之一，近年來受到了極大的關注。它在過去二十年的發展可以看作是計算機視覺歷史的縮影。如果我們將當今的物體檢測視為在深度學習的力量下的技術美學，那么將時光倒流到20年前，我們將見證冷武器時代的智慧。鑒于目標檢測技術的技術發展，本文跨越了四分之一世紀的時間（從1990年代到2019年）廣泛地審查了400多篇論文。本文涵蓋了許多主題，包括歷史上的里程碑檢測器，檢測數據集，度量，檢測系統的基本構建塊，加速技術以及最新的檢測技術水平。本文還回顧了一些重要的檢測應用程序，例如行人檢測，面部檢測，文本檢測等，并對它們的挑戰以及近年來的技術改進進行了深入分析。

近幾年來，隨著機器學習的普及，機器學習系統的公平性問題引起了實際的道德、社會等問題。圖書《公平性與機器學習—局限與機遇》以公平性為核心問題來看待機器學習，提供了對當前機器學習實踐以及為實現公平而提出的技術修復方案的批判性思考。

社會、道德和機器學習自身等角度，介紹了目前機器學習中的公平性問題，如由于數據導致的偏置（bias）等問題。

圖書《Fairness and Machine Learning - Limitations and Opportunities》（《公平性與機器學習—局限與機遇》）以公平性為核心問題來看待機器學習，強調機器學習在道德方面的挑戰。作者希望該書盡可能地被廣泛閱讀，但在寫作時依然堅持著技術的嚴謹性。該書并沒有提供包羅萬象的對公平性完整的正式定義，也沒有提出一個快速解決社會對自動決策擔憂的修復方案。

解決機器學習公平性問題需要認真理解機器學習工具的局限性。該書提供了對當前機器學習實踐以及為實現公平而提出的技術修復方案的批判性思考。雖然這些問題都沒有簡單的答案，作者希望這本書能夠幫助讀者更深層次地理解如何構建負責任的機器學習系統。