Catastrophic forgetting means that a trained neural network model gradually forgets the previously learned tasks when being retrained on new tasks. Overcoming the forgetting problem is a major problem in machine learning. Numerous continual learning algorithms are very successful in incremental learning of classification tasks, where new samples with their labels appear frequently. However, there is currently no research that addresses the catastrophic forgetting problem in regression tasks as far as we know. This problem has emerged as one of the primary constraints in some applications, such as renewable energy forecasts. This article clarifies problem-related definitions and proposes a new methodological framework that can forecast targets and update itself by means of continual learning. The framework consists of forecasting neural networks and buffers, which store newly collected data from a non-stationary data stream in an application. The changed probability distribution of the data stream, which the framework has identified, will be learned sequentially. The framework is called CLeaR (Continual Learning for Regression Tasks), where components can be flexibly customized for a specific application scenario. We design two sets of experiments to evaluate the CLeaR framework concerning fitting error (training), prediction error (test), and forgetting ratio. The first one is based on an artificial time series to explore how hyperparameters affect the CLeaR framework. The second one is designed with data collected from European wind farms to evaluate the CLeaR framework's performance in a real-world application. The experimental results demonstrate that the CLeaR framework can continually acquire knowledge in the data stream and improve the prediction accuracy. The article concludes with further research issues arising from requirements to extend the framework.


翻译:灾难性的遗忘意味着训练有素的神经网络模型在接受新任务再培训时会逐渐忘记先前学到的任务。 克服遗忘的问题是机器学习中的一个主要问题。 许多不断学习的算法非常成功地逐步学习分类任务, 新标签的样本经常出现。 但是, 目前还没有研究解决回归任务中灾难性的遗忘问题。 这个问题已经作为可再生能源预测等一些应用中的主要制约因素之一出现。 本条澄清了与问题有关的定义, 并提出了新的方法框架, 可以通过持续学习的方式预测目标并更新。 框架包括预测神经网络和缓冲, 将新收集的数据储存在应用程序中的非静止数据流中。 框架所确定的数据流的改变概率分布将按顺序学习。 框架叫做 CLeaR( 继续学习回归任务任务), 其组成部分可以灵活地为特定应用情景定制。 我们设计了两套获取的实验框架, 以评价CleaR框架关于适应错误( 训练)、 预测错误( Cstest) 和忘记比例。 框架以一个实验性模型为基础, 将数据流框架从一个实验性框架从一个模型到一个模型到一个模型, 来解释。

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