Covariate distribution shifts and adversarial perturbations present robustness challenges to the conventional statistical learning framework: seemingly small unconceivable shifts in the test covariate distribution can significantly affect the performance of the statistical model learned based on the training distribution. The model performance typically deteriorates when extrapolation happens: namely, covariates shift to a region where the training distribution is scarce, and naturally, the learned model has little information. For robustness and regularization considerations, adversarial perturbation techniques are proposed as a remedy; however, more needs to be studied about what extrapolation region adversarial covariate shift will focus on, given a learned model. This paper precisely characterizes the extrapolation region, examining both regression and classification in an infinite-dimensional setting. We study the implications of adversarial covariate shifts to subsequent learning of the equilibrium -- the Bayes optimal model -- in a sequential game framework. We exploit the dynamics of the adversarial learning game and reveal the curious effects of the covariate shift to equilibrium learning and experimental design. In particular, we establish two directional convergence results that exhibit distinctive phenomena: (1) a blessing in regression, the adversarial covariate shifts in an exponential rate to an optimal experimental design for rapid subsequent learning, (2) a curse in classification, the adversarial covariate shifts in a subquadratic rate fast to the hardest experimental design trapping subsequent learning.


翻译:差异分布变化和对抗性扰动是常规统计学习框架的稳健性挑战:测试共变分布中看似小小难以想象的变化会显著影响根据培训分布所学统计模型的绩效。模型性能通常会在外推发生时恶化:即,向培训分布稀少的区域的共变转移,而自然,所学模式没有多少信息。为了稳健性和正规化考虑,提出了对抗性扰动技术,以此作为一种补救措施;然而,需要进一步研究,如果有一个学习的模式,则在测试性调调调调调时区域将侧重于哪些外推区域。本文准确地描述外推区域的特点,在无限的维度环境下考察回归和分类。我们研究了在连续的游戏框架中,向随后学习平衡分配的区域 -- -- 巴伊斯最佳模式 -- -- 的动态调和正规化。我们利用了对抗性学习游戏的动态,并揭示了向平衡学习和实验设计转变的怪异效应。我们特别建立了两个方向趋同结果,展示了独特的现象:(1) 反向性调,在最激烈的反向性调阶段,在随后的实验性alalal-alvialalalalal alalalation lavialation laft laft a a oration ast orvicalviation astalvicalviol

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