Continual learning (CL) is a setting in which an agent has to learn from an incoming stream of data sequentially. CL performance evaluates the model's ability to continually learn and solve new problems with incremental available information over time while retaining previous knowledge. Despite the numerous previous solutions to bypass the catastrophic forgetting (CF) of previously seen tasks during the learning process, most of them still suffer significant forgetting, expensive memory cost, or lack of theoretical understanding of neural networks' conduct while learning new tasks. While the issue that CL performance degrades under different training regimes has been extensively studied empirically, insufficient attention has been paid from a theoretical angle. In this paper, we establish a probabilistic framework to analyze information flow through layers in networks for task sequences and its impact on learning performance. Our objective is to optimize the information preservation between layers while learning new tasks to manage task-specific knowledge passing throughout the layers while maintaining model performance on previous tasks. In particular, we study CL performance's relationship with information flow in the network to answer the question "How can knowledge of information flow between layers be used to alleviate CF?". Our analysis provides novel insights of information adaptation within the layers during the incremental task learning process. Through our experiments, we provide empirical evidence and practically highlight the performance improvement across multiple tasks.


翻译:持续学习(CL)是代理人必须从不断流入的数据流中不断学习的一个环境。 CL业绩评估模型在不断学习和解决新问题的能力,同时保留先前的知识。尽管以前有许多办法在学习过程中绕过过去看到的任务的灾难性忘记,但大多数在学习新任务的同时仍然遭受重大遗忘、昂贵的记忆成本或缺乏对神经网络行为的理论理解。虽然对CL业绩在不同培训制度下下降的问题进行了广泛的经验性研究,但从理论角度给予的注意不够。在本文件中,我们建立了一个概率框架,用于分析在网络各层中为任务序列及其对学习业绩的影响而流动的信息。我们的目标是在学习新任务的同时,优化各层之间的信息保存,以管理贯穿于各层中的任务特定知识,同时保持以往任务的示范性能。我们研究CL业绩与网络中信息流动之间的关系,以解答“如何利用各层间信息流动的知识来缓解CF?”我们的分析提供了一种分析性能框架,从多方面的实验中提供了我们不断学习任务中的实际经验。

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