Practical Block-wise Neural Netw

2018-08-21 本文已影响0人 Junr_0926

Practical Block-wise Neural Network Architecture Generation

在模型搜索方面，当前的研究遇到了很多挑战

神经网络经常包含上百个卷积层，每一层保护很多的选择和超参数，因此搜索空间就很大，导致需要的计算量非常大
一种设计好的网络一般只适用于一类任务，无法迁移学习
这篇论文就提出了一种新的快速的Q-learning，用于解决上述问题，称为BlockQNN。
如下图，右边红色是本文提出的block：
BlockQNN
作者使用的是 Q-learning，采取了DQN中的memory replay, $\epsilon$ -greedy 搜索策略来进行搜索。除此之外，使用early-stopping来缩短训练的时间。

Methodology

卷积网络块(Convolutional Neural Network Blocks)

首先作者使用了一种新的表示层结构的方法：Network Structure Code如下表:

NSC

每一个block由一组5维向量表示，其中向量的前三个数分别表示: layer index, operation type, kernel size。后两个是predecessor parameters用于指示该层前一层的位置。如下图：

NSC

所有没有下一层的层会被连接起来作为输出层，并且每一个卷积层都指三个部分的组合：ReLU, Convolution, Batch Normalization。
使用上面描述的block，可以stack起来作为整个网络的结构，也就是连接起来。

Designing Network Blocks With Q-Learning

使用Q-learning来进行模型搜索，其中状态 $s\in S$ 表示为前面所说的NSC，一个5维的向量。动作 $a \in A$ 表示的是下一个层的选择，状态转移 $(s_t, a(s_t))\rightarrow (s_{t+1})$ 用下图a来表示

Q-learning
图b是一个block的例子。
block的结构可以看作是 action 选择的轨迹。也就是一连串的NSC。用于表示reward的公式为

R_{\tau} = E_{P(\tau_{a_{1:T}})}[R]

Early Stop Strategy

由于整个训练非常费时，作者考虑采用early-stopping，但是early-stopping会带来精度的损失。因此设计了一个新的reward。首先，定义几个概念：
FLOPs：表示block的计算复杂度
Density: 表示一个block中的边除以点
由于作者观察到，FLOPs和Density与对应block的精度呈负相关，因此，重新定义reward公式如下：
$reward = ACC_{EarlyStop} - \mu log (FLOPs) - \rho log (Density)$

Distributed Asynchronous Framework

作者使用了分布式训练来加快速度，分布式框架采用的是参数服务器:parameter-server。更新采用异步更新，大体思路：每一个工作节点计算一个block构建的网络，返回validation accuracy，之后更新agent。

Training Details

作者使用了 $\epsilon$ -greedy的策略来进行空间的探索，随着训练迭代次数增加，作者逐步降低 $\epsilon$ 。
Experience Replay。每个训练回合，agent会选择64个blocks和它们的validation accuracies来进行Q-value的更新

note:更多细节请参考论文