Deep Neural Network (DNN) has achieved great success on datasets of closed class set. However, new classes, like new categories of social media topics, are continuously added to the real world, making it necessary to incrementally learn. This is hard for DNN because it tends to focus on fitting to new classes while ignoring old classes, a phenomenon known as catastrophic forgetting. State-of-the-art methods rely on knowledge distillation and data replay techniques but still have limitations. In this work, we analyze the causes of catastrophic forgetting in class incremental learning, which owes to three factors: representation drift, representation confusion, and classifier distortion. Based on this view, we propose a two-stage learning framework with a fixed encoder and an incrementally updated prototype classifier. The encoder is trained with self-supervised learning to generate a feature space with high intrinsic dimensionality, thus improving its transferability and generality. The classifier incrementally learns new prototypes while retaining the prototypes of previously learned data, which is crucial in preserving the decision boundary.Our method does not rely on preserved samples of old classes, is thus a non-exemplar based CIL method. Experiments on public datasets show that our method can significantly outperform state-of-the-art exemplar-based methods when they reserved 5 examplers per class, under the incremental setting of 10 phases, by 18.24% on CIFAR-100 and 9.37% on ImageNet100.


翻译:深度神经网络(DNN)在封闭类别集合的数据集上取得了巨大成功。然而,现实世界中会不断加入新类别(如社交媒体话题的新分类),这使得增量学习成为必要。由于DNN倾向于专注于拟合新类别而忽略旧类别(这一现象称为灾难性遗忘),因此增量学习对DNN而言颇具挑战性。现有最优方法依赖知识蒸馏与数据重放技术,但仍存在局限性。本文分析了类别增量学习中灾难性遗忘的成因,归结为三个因素:表征漂移、表征混淆与分类器失真。基于这一视角,我们提出一种两阶段学习框架,包含固定编码器与增量更新的原型分类器。编码器通过自监督学习训练,生成具有高内在维度的特征空间,从而提升其可迁移性与泛化能力。分类器在保留先前学习数据的原型的同时增量学习新类原型,这对于维持决策边界至关重要。本方法不依赖旧类样本的保存,因此是一种基于非样本的类别增量学习方法。在公开数据集上的实验表明,在10阶段增量设置下,当每类仅保留5个样本时,我们的方法在CIFAR-100与ImageNet100上分别以18.24%与9.37%的准确率优势显著超越基于样本的最新方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月23日
Arxiv
15+阅读 · 2019年3月16日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 因果归纳偏置如何塑造结构化世界模型
失去控制的指挥:人工智能时代的任务式指挥
专知会员服务
9+阅读 · 9月11日
美国的新国家安全科技战略思考
专知会员服务
4+阅读 · 9月11日
综述 | 面向大模型智能体的图结构个性化记忆
专知会员服务
7+阅读 · 9月10日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员